DE102021202460A1

DE102021202460A1 - Gehäuseelement mit Endabdeckung mit optimierter Dichtwirkung

Info

Publication number: DE102021202460A1
Application number: DE102021202460.2A
Authority: DE
Inventors: Fausto BARACCA; Ettore Bertelloni; Andrea A. Bertolini; Fabio FALASCHI; Pasquale Frezza
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2020-03-16
Filing date: 2021-03-15
Publication date: 2021-09-16
Also published as: US11378128B2; US20210285496A1; IT202000005506A1; CN113404861A

Abstract

Ein Gehäuseelement (10) mit einem Gehäuse (40), das mit einem kugelförmigen Sitz (41) versehen ist, einer Lagereinheit (30), die sich in dem kugelförmigen Sitz (41) des Gehäuses (40) befindet und mit einem radialen Innenring (33) versehen ist, und einer Endabdeckung (20) aus Kunststoff, die mit einem radialen Durchgangsloch (24) versehen ist, sodass eine Maschinenwelle (50) darin eingesetzt werden kann, wobei die Endabdeckung (20) einstückig mit der Welle (50) ist und der Welle (50) rotierbar ist, und die Endabdeckung (20) mit einem elastomerischen Dichtmittel (60) versehen ist, um eine statische Dichtung an der Welle (50) zu bilden.

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gehäuseelement, das mit einer Endabdeckung versehen ist, die ein optimiertes Dichtmittel hat und für Anwendungen in der Fertigungsindustrie geeignet ist.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Gehäuseelement, das ein Gehäuse, eine Abdeckung und eine Lagereinheit aufweist. Insbesondere ist die Erfindung dazu ausgestaltet, ein zuverlässiges Dichtsystem zwischen einer Endabdeckung der „offenen“ Art sicherzustellen, die aus einem Kompositmaterial hergestellt ist, wobei „offen“ verstanden wird, zu bedeuten, dass die Abdeckung durch eine Welle hindurchgeht, die mit einer Maschine verbunden ist, an der das Gehäuseelement befestigt ist.
Stand der Technik
Wie bekannt ist, wird in der Fertigungsindustrie im Allgemeinen die Aufmerksamkeit zunehmend auf die Entwicklung neuer Maschinen und Maschinendesigns fokussiert, die darauf abzielen, ein Sicherheitsniveau und die Qualität der fertigen Produkte zu verbessern. Ein Gehäuseelement für solche Maschinen umfasst normalerweise ein Gehäuse und eine Endabdeckung und ist für verschiedene Arten von Bearbeitungsvorgängen ausgestaltet.
Das Gehäuseelement ist an einem Rahmen der Maschine befestigt und für vorgegebene Bearbeitungsvorgänge mittels einer Lagereinheit mit einer rotierenden Welle der Maschine verbunden. In diesem Fall ist die Endabdeckung des Gehäuseelements von der „offenen“ Art, da sie den Durchgang der Maschinenwelle in das Gehäuseelement erlauben muss. Diese Gehäuseelemente sind aus einem Kunststoffmaterial oder einem metallischen Material, typischerweise rostfreiem Stahl, hergestellt.
Eines der Probleme, die für diese Vorgänge in dem Sektor gelöst werden müssen, ist das Sicherstellen einer effizienten Dichtung des Gehäuseelements mit Bezug auf Wasser oder im Allgemeinen jeglicher Verunreinigung aus der äußeren Umgebung. Das Problem ist insbesondere zum Beispiel in der Nahrungsmittelindustrie vorliegend, aber im Allgemeinen ist es ein Problem, das für die gesamte Fertigungsindustrie unter Berücksichtigung gelöst werden muss, dass diese Gehäuseelemente horizontal montiert sind und daher die Abdeckung genau die Funktion des Schützens der Lagereinheit vor Tropfwasser hat.
Im Fall des Gehäuseelements mit einer Endabdeckung der offenen Art, die zwischen der Welle und der Abdeckung dichtet, ist es notwendig, eine Dichtung mit Bezug auf die Außenseite sicherzustellen. Diese Dichtung ist von einer statischen Art, da die Abdeckung integral an der Welle mittels einer Verriegelung mit dem rotierenden Ring der Lagereinheit befestigt ist, und daher ist die Abdeckung zusammen mit der Welle bei der gleichen Winkelgeschwindigkeit rotierbar.
Insbesondere sind Lösungen bekannt, bei denen die Endabdeckung, die aus gepresstem Stahl oder Gusseisen hergestellt ist, auf die Welle mittels eines speziellen Verriegelungsmittels (Allen-Schraube, Stift oder dergleichen) verriegelt ist. Diese Lösungen stellen jedoch keine effektive Dichtung, insbesondere in dem Fall sicher, bei dem für vorgegebene Anforderungen, zum Beispiel um das Gewicht des Gehäuseelements reduzieren zu können, die Endabdeckung aus Kunststoffmaterial hergestellt ist.
Es existiert daher der Bedarf, ein Gehäuseelement zu definieren, das mit einer Endabdeckung versehen ist, die eine optimierte Dichtung hat, die nicht die voranstehend genannten Nachteile hat, die nämlich geeignet ist, Wasser und andere Verunreinigungen im Allgemeinen auf der Außenseite des Gehäuseelements selbst mit ausgezeichneten Ergebnissen hinsichtlich der Qualität und Sicherheit zu halten.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Gehäuseelement bereitzustellen, das mit einer Endabdeckung mit optimiertem Dichtmittel versehen ist, die nicht die voranstehend genannten Nachteile hat.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Gehäuseelement, das ein Gehäuse, eine Lagereinheit und eine Endabdeckung aufweist, die die charakteristischen Eigenschaften hat, die in den angehängten Ansprüchen angegeben sind, bereitgestellt.
Figurenliste
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die angefügten Zeichnungen beschrieben, die ein nicht beschränkendes Beispiel einer Ausführungsform des Gehäuseelements darstellen, in denen:

1 eine axonometrische Ansicht eines Gehäuseelements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
2 eine Querschnittsansicht des Gehäuseelements gemäß der 1 zeigt, das auf einer Welle zum Verbinden mit einer Maschine des bekannten Typs montiert ist,
3 ein Detail des Zusammenbaus eines Dichtmittels an der Endabdeckung des Gehäuseelements gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt, und
4 eine Draufsicht auf die Endabdeckung des Gehäuseelements gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zeigt.

Ausführliche Beschreibung
Mit Bezug nun auf 1 und 2 wird nachstehend eine Ausführungsform eines Gehäuseelements gemäß der vorliegenden Erfindung rein als Beispiel beschrieben.
Mit Bezug auf 1 umfasst das Gehäuseelement 10 für Anwendungen in der Fertigungsindustrie - beispielsweise der Textil-, Mineral-, Kraftfahrzeug- oder Nahrungsmittelindustrie oder auch für Anwendungen in Landwirtschaftsmaschinen oder in Industriekraftwerken - ein Gehäuse 40 mit einer axialen Symmetrie relativ zu einer Achse X, eine Endabdeckung 20 und eine Lagereinheit 30, die darin aufgenommen ist. Das Gehäuseelement 10, das Teil der vorliegenden Erfindung bildet, kann in den voranstehend genannten Industrieanwendungen verwendet werden, um gegen einen Maschinenrahmen gesichert zu sein.
Die Lagereinheit 30 umfasst wiederum:

- einen feststehenden radialen Außenring 31,
- einen radialen Innenring 33, der um einen zentrale Rotationsachse X der Lagereinheit 30 rotierbar ist,
- eine Reihe von Wälzkörpern 32, in diesem Fall Kugeln, die zwischen dem radialen Außenring 31 und dem radialen Innenring 33 angeordnet sind.

In der Gesamtheit der vorliegenden Beschreibung und in den Ansprüchen werden die Begriffe und Ausdrücke, die Positionen und Orientierungen angeben, wie beispielsweise „radial“ und „axial“ als in Relation zu der zentralen Rotationsachse X der Lagereinheit 30 zu sein verstanden.
Der radiale Außenring 31 ist mit einer radialen Außenlaufbahn 31' versehen, während der radiale Innenring 33 mit einer radialen Innenlaufbahn 33' versehen ist, um das Abrollen der Reihe von Wälzkörpern 32 zu ermöglichen, die zwischen dem radialen Außenring 31 und dem radialen Innenring 33 angeordnet sind. Für die einfachere grafische Darstellung wird das Bezugszeichen 32 sowohl individuellen Kugeln als auch Reihen von Kugeln zugewiesen. Wiederum der Einfachheit halber kann der Begriff „Kugel“ beispielsweise in der vorliegenden Beschreibung und den angefügten Zeichnungen anstelle des allgemeineren Begriffs „Wälzkörper“ verwendet werden (und ebenso werden die gleichen Bezugszeichen verwendet).
Die Lagereinheit 30 ist ebenfalls mit einem Dichtmittel 35 zum Abdichten der Lagereinheit vor äußeren Verunreinigungen versehen. Nachstehend kann das Dichtmittel 35 auch einfacher als Dichtung 50 angegeben sein, was offensichtlich als Bezugnahme auf die gleiche Komponente verstanden wird.
Das Gehäuse 40 ist bevorzugt aus Gusseisen, beispielsweise Grauguss, oder Stahl oder rostfreier Stahl hergestellt und ist mit einem kugelförmigen Sitz 41 versehen, in dem die Lagereinheit 30 aufgenommen ist.
Die Endabdeckung 20 ist aus Kunststoffmaterial, beispielsweise schwarzgefärbtem Polyamid PA6 CF30 hergestellt. Sie ist mit einem radialen Durchgangsloch 24 versehen, sodass eine Welle 50 einer Maschine (die bekannt ist und daher nicht beschrieben wird) darin eingesetzt werden kann. Die Endabdeckung 20 ist derart montiert, dass sie integral mit der Welle 50 und daher mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit wie die Welle rotierbar ist. Die Entdeckung 20 hat eine besondere Form, die ausgestaltet ist, um sicherzustellen, dass Wasser und Verunreinigungen nicht in das Gehäuseelement eindringen können. Dies wird durch Montieren eines elastomerischen Dichtmittels 62, beispielsweise aus Polytetrafluorethylen (PTFE oder Teflon) auf der Endabdeckung 20 erreicht. Die Haupteigenschaften des Dichtmittel sind wie folgend:

• das Dichtmittel 60 ist dazu ausgestaltet, um für einen reibungslosen Kontakt geeignet zu sein - nämlich zum Bereitstellen einer Dichtung vom statischen Typ - da die Welle 50 und die Endabdeckung 20 integral miteinander sind und daher mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit rotieren. Die Dichtung vom statischen Typ ermöglicht daher, dass eine optimierte Leistung der Dichtung selbst erreichen wird,
• das elastomerische Material des Dichtmittels 60 ist insbesondere ein Gemisch, das geeignet ist, hohe Temperaturen, insbesondere Temperaturen bis zu 150 °C, zu widerstehen.

Mit Bezug auf 3, die einen Ausschnitt des Zusammenbaus des Dichtmittel 60 auf der Endabdeckung 20 des Gehäuseelements 10 zeigt, ist es möglich zu sehen, dass das Dichtelement 60 auf der Endabdeckung 20 mittels eines Eingriffs zwischen einer radialen inneren Kante 21 der Endabdeckung 21 und zwei Auskragungen 61 des Dichtmittels 20 montiert ist, die radial außen sind und sich auf gegenüberliegenden Seiten der Kante 21 befinden. Alternativ kann die Montage des Dichtmittels 60 auf der Endabdeckung 20 auch mittels Überformens durchgeführt werden.
Mit Bezug auf 4, die eine Draufsicht auf die Endabdeckung 20 des Gehäuseelements 10 zeigt, ist die Endabdeckung 20 mit zwei Ausnehmungen 22 versehen, die radial innen sind und sich bevorzugt auf gegenüberliegenden Seiten einer Symmetrieachse Y der Abdeckung befinden. Auf diese Weise kann die Endabdeckung in Anwendungen verwendet werden, bei denen die Endabdeckung an der Welle mittels eines geeigneten Verriegelungsmittels der bekannten Art, beispielsweise einer Allen-Schraube, einem Stift oder ähnlichen Elementen, verriegelt ist. Diese Lösung ist daher für die Art der Dichtung geeignet und damit kompatibel, die gemäß der vorliegenden Erfindung dafür entworfen ist, nämlich eine statische Dichtung zwischen einer Endabdeckung 20 und der Welle 50.
Alternativ, aber dennoch mit dem Ziel des Erreichens einer statischen Dichtung zwischen der Endabdeckung 20 und der Welle 50, kann die Endabdeckung 20 mit einem Eingriff an dem radialen Innenring 33 der Lagereinheit 30 montiert werden. Insbesondere wird, wie in 2 gezeigt ist, der Zusammenbau mittels eines Eingriffs zwischen der radialen Außenfläche 33a des radialen Innenrings 33 und einer radialen Innenfläche 23 der Entdeckung 20 durchgeführt. Dieser Zusammenbau mittels Eingriffs befestigt die Endabdeckung 20 integral an dem radialen Innenring 33, der wiederum integral an der Welle 50 montiert ist. Auf diese Weise sind die Welle 50, der radiale Innenring 33 und die Endabdeckung 20 integral miteinander und rotieren alle mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit. Der resultierende Effekt wird in diesem Fall auch sein, dass das Dichtmittel 60 in der Art einer Dichtung eines statischen Typs agiert.
Es ist wichtig, den Wert des Eingriffs zwischen der radialen Außenfläche 33a des radialen Innenrings 33 und der radialen Innenfläche 23 der Endabdeckung 20 zu bestimmen. Übermäßige Eingriffswerte würden vielmehr unakzeptable Verformungen in der Endabdeckung 20 induzieren, die, wie voranstehend erwähnt, aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist. Experimentelle Tests, die auf einer Reihe von Prototypen durchgeführt wurden, haben gezeigt, dass die beste Leistung bei einem Eingriffswert erhalten wird, der zwischen 0 mm und 0,085 mm liegt.
Um die Leistungsfähigkeit dieser neuen Endabdeckung zu validieren, die mit einer statischen Dichtung versehen ist, die ein elastomerisches Dichtmittel hat, wurde eine Reihe von Tests ausgeführt, um die folgenden Fragen zu beantworten:

• ermöglicht die neue Endabdeckung, dass Wasser hindurchgeht?
• Kann Wasser eindringen und die Abschirmflächen der Lagereinheit benetzen?

Zwei Arten von Tests wurden durchgeführt. Ein erster Test, der umfasst, dass Wassertropfen zwischen die Welle und die Abdeckung fallen können, während ein zweiter Test wiederum umfasst, dass Wassertropfen diesmal auf die Kante der Abdeckung fallen können. Beide Tests wurden unter Verwendung von Wasser bei 22 °C ausgeführt und es wurde ermöglicht, dass die Wassertropfen 10 Minuten mit einer Rate von 30 Tropfen pro Minute fallen. Am Ende des Testens bestätigten beide Tests, dass kein Wasser in der Endabdeckung war, und dass kein Wasser auf den Abschirmflächen der Lagereinheit war.
Zusätzlich zu den Ausführungsformen der Erfindung, wie voranstehend beschrieben, ist zu verstehen, dass zahlreiche weitere Varianten existieren. Es ist ebenfalls zu verstehen, dass die Ausführungsformen nur Beispiele sind und weder den Umfang der Erfindung noch ihre Anwendungen noch ihre möglichen Konfigurationen limitieren. Im Gegensatz sollte verstanden werden, dass, obwohl die voranstehend gegebene Beschreibung einer Person mit Fachwissen ermöglicht, die vorliegende Erfindung zumindest in einem ihrer Konfigurationsbeispiele zu implementieren, dass zahlreiche Variationen der beschriebenen Komponenten möglich sind, ohne dadurch vom Umfang der Erfindung, wie sie in den angefügten Ansprüchen definiert sind, die wörtlich und/oder in Übereinstimmung mit ihren legalen Äquivalenten interpretiert sind, abzuweichen.

Claims

Gehäuseelement (10) für die Verwendung in einer Fertigungsmaschine, das aufweist: - ein Gehäuse (40), das mit einem kugelförmigen Sitz (41) versehen ist, - eine Lagereinheit (30), die sich in dem kugelförmigen Sitz (41) des Gehäuses (40) befindet, - eine Endabdeckung (20) aus Kunststoff, die mit einem radialen Loch (24) versehen ist, das hindurchgeht, sodass eine Maschinenwelle (50) darin eingesetzt werden kann, wobei die Endabdeckung (20) auf der Welle (50) befestigt und zusammen mit der Welle (50) rotierbar ist, wobei das Gehäuseelement (10) dadurch gekennzeichnet ist, dass die Endabdeckung (20) mit einem elastomerischen Dichtmittel (60) versehen ist, um eine statische Dichtung an der Welle (50) zu erreichen.
Gehäuseelement (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es einen ersten Eingriff zwischen einer radialen Innenkante (21) der Endabdeckung (20) hat und zwei Auskragungen (61) des Dichtmittel (60) hat, die radial außen und auf gegenüberliegenden Bändern mit Bezug auf die Kante (21) platziert sind, um die Montage des Dichtmittel (60) an der Endabdeckung (20) auszuführen.
Gehäuseelement (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtmittel (60) auf der Endabdeckung (20) übergeformt ist.
Gehäuseelement (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der elastomerischen Dichtmittel (60) Polytetrafluorethylen ist.
Gehäuseelement (10) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Dichtmittel (60) ein Polytetrafluorethylen ist, das bis zu einer Temperatur von 150 °C widerstandsfähig ist.
Gehäuseelement (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial der Endabdeckung (20) Polyamid ist.
Gehäuseelement (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Endabdeckung (20) mit zwei Ausnehmungen (22) versehen ist, die radial außen und auf gegenüberliegenden Bändern mit Bezug auf eine Symmetrieachse (Y) der Endabdeckung (20) platziert sind.
Gehäuseelement (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es einen zweiten Eingriff zwischen einer radialen Außenfläche (33a) eines radialen Innenrings (33) der Lagereinheit (30) und einer radialen Innenfläche (23) der Endabdeckung (20) hat, um die Montage der Endabdeckung (20) an dem radialen Innenring (23) auszuführen.
Gehäuseelement (10) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Eingriff einen Wert hat, der zwischen 0 mm und 0,085 mm liegt.