DE102021203681A1

DE102021203681A1 - Lagereinheit mit optimiertem Dichtsystem

Info

Publication number: DE102021203681A1
Application number: DE102021203681.3A
Authority: DE
Inventors: Fausto BARACCA; Andrea A. Bertolini; Fabio Cavacece; Fabio FALASCHI; Pasquale Frezza
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2020-04-28
Filing date: 2021-04-14
Publication date: 2021-10-28
Also published as: US11578758B2; IT202000009136A1; CN113565880A; US20210332853A1

Abstract

Lagereinheit (10) mit einem radialen Außenring (31), der mit zumindest einer Laufbahn (31') versehen ist, einem radialen Innenring (33), der mit zumindest einer Laufbahn (33') versehen ist, zumindest einer Reihe von Wälzkörpern (32), die zwischen dem radialen Außenring (31) und dem radialen Innenring (33) eingefügt sind, zumindest einem Haltekäfig (34), um die Wälzkörper der Wälzkörperreihe (32) in Position zu halten, und einem Dichtmittel (35), das zwischen dem radialen Innenring (33) und dem radialen Außenring (31) eingefügt ist, wobei ein Ankerelement (36) mechanisch das Dichtmittel (35) in einem ersten Sitz (37) des radialen Außenrings (31) befestigt und das Ankerelement (36) in einem zweiten Sitz (38) des radialen Außenrings (31) aufgenommen ist.

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lagereinheit, die mit einem optimierten Dichtsystem versehen ist. Eine solche Lagereinheit ist für Anwendungen in der verarbeitenden Industrie und insbesondere im Nahrungsmittelbereich geeignet, da sie besonders effektiv ist, gegen äußere Verunreinigungen aufgrund ihres besonders effektivem Dichtsystems zu schützen, das ferner gemäß der vorliegenden Erfindung optimiert ist.
Stand der Technik
Es gibt bekannte Lagereinheiten, die mit Wälzkörpern versehen sind, die, wie ebenfalls bekannt ist, verwendet werden, um die relative Bewegung einer Komponente oder Anordnung mit Bezug auf eine andere Komponente oder Anordnung zu ermöglichen. Im Allgemeinen hat eine Lagereinheit eine erste Komponente, z. B. einen radialen Innenring, die an einer ersten Komponente, z. B. einer rotierenden Welle, befestigt ist und eine zweite Komponente, z. B. einen radialen Außenring, die an einer zweiten Komponente, z. B. einem stationären Gehäuse, befestigt ist. Üblicherweise ist bei den voranstehend genannten Beispielen der radiale Innenring rotierbar, während der radiale Außenring feststehend ist, aber bei vielen Anwendungen rotiert das äußere Element und das innere Element ist stationär. In jedem Fall wird den Wälzlagereinheiten die Rotation eines Rings mit Bezug auf den anderen Ring durch mehrere Wälzkörper ermöglicht, die zwischen der zylindrischen Fläche einer Komponente und der zylindrischen Fläche der zweiten Komponente positioniert sind, wobei diese Flächen üblicherweise Laufbahnen genannt werden. Die Wälzkörper können Kugeln, Zylinder- oder Kegelrollen, Nadelrollen oder ähnliche Wälzkörper sein.
Es ist ebenfalls bekannt, dass Lagereinheiten geeignete Dichtsysteme zum Schutz gegen äußere Verunreinigungen haben. Typischerweise sind die Dichtungen mittels eines Presssitzes in geeignete Sitze in die Ringe der Lagereinheit, bspw. in den radialen Außenring, eingepasst und aus einem Metall oder Kunststoffmaterial, z. B. PTFE, hergestellt. Solche Dichtungen müssen eine hohe Leistungsfähigkeit hinsichtlich funktionaler Bedingungen und hinsichtlich ihrer Zuverlässigkeit, über die gesamte Lebensdauer der Lagereinheit haben. Mit Bezug auf die letztere Betrachtung sollten beispielsweise sich die Dichtmittel nicht über die Zeit verschlechtern und sollten jederzeit in ihren Sitzen bleiben, um den vollständigen Verlust der Funktionalität zu verhindern.
Tatsächlich ist eines der Hauptprobleme der bekannten Lösungen die ungewünschte Loslösung der Dichtmittels, in anderen Worten ihre Ablösung aus ihrem Sitz während des Betriebs der Lagereinheit. Es sollte beachtet werden, dass eine Lagereinheit bei einer hohen Temperatur, insbesondere bei Nahrungsmittelanwendungen bei Temperaturen in der Größenordnung von 300 bis 350 °C, betrieben wird. Dieser sehr große Temperaturbereich erzeugt einen unterschiedlichen Temperaturgradienten bei den Komponenten der Lagereinheit. Dieser Temperaturgradient wiederum erzeugt unterschiedliche thermische Ausdehnungen der Komponenten. Da die Dichtmittel gemäß dem Stand der Technik in Position durch mechanische Eingriffsmittel gehalten werden, ist der Effekt der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen, die Loslösung der Dichtung zu verursachen, da sich nicht alle Komponenten in der gleichen Weise ausdehnen.
Ferner haben die verschiedenen Komponenten der Lagereinheit für Hochtemperaturanwendungen ein beachtliches axiales Spiel. Dies ermöglicht, dass ein Kontakt zwischen dem Haltekäfig der Wälzkörper, der üblicherweise aus Graphit hergestellt ist, und dem Dichtmittel auftritt, was manchmal das Dichtmittel veranlasst, sich aufgrund des Schlags des Käfigs aus seinem Sitz zu lösen.
Leider ergibt die Auswahl des für das Dichtmittel verwendeten Materials keinen nennenswerten Vorteil. Falls es aus PTFE oder einem anderen Kunststoffmaterial hergestellt ist, wird das Dichtmittel nicht signifikant durch den Temperaturgradienten beeinflusst, aber seine Eigenschaften und daher seine funktionalen Qualitäten nehmen durch eine Zunahme der Temperatur ab. Andererseits wird, falls es aus einem metallischen Material hergestellt ist, das Dichtmittel den Wirkungen des Temperaturgradienten stärker unterworfen und aufgrund der Wirkung des Temperaturausdehnungskoeffizienten des Metalls, der größer ist als der des PTFE, ist das Risiko der ungewünschten Ablösung erhöht.
Folglich gibt es einen Bedarf, eine Lagereinheit zu gestalten, die mit einem Dichtsystem versehen ist, das frei von den voranstehend genannten Nachteilen ist.
Figurenliste

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lagereinheit bereitzustellen, die mit einem optimierten Dichtsystem versehen ist, das die Loslösung des Dichtmittels verhindert und daher frei von den voranstehend genannten Nachteilen ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das optimierte Dichtsystem mit einem Ankerelement für das Dichtmittel versehen. Um den Schutz des Lagers vor Verunreinigungen zu erhöhen und um die Loslösung des Dichtmittels zu verhindern, wurde ein neues System zum Verankern des Dichtmittels entwickelt, wobei dieses System besonders für Hochtemperaturanwendungen, wie bspw. Nahrungsmittelanwendungen, geeignet ist.
Insbesondere ist es aufgrund des optimierten Dichtsystems nicht länger notwendig, das Dichtmittel durch Eingriff zu befestigen, wobei folglich die voranstehend genannten Probleme auftreten, stattdessen wird es einfach mechanisch mittels des Ankerelements befestigt. Folglich werden die Wirkungen der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen keinen Einfluss auf das Halten des Dichtmittels in seinem Sitz haben.
Das mechanische Ankerelement des Dichtmittels verhindert ebenfalls, dass sich der Käfig von dem Dichtmittel von der Lagereinheit löst.
Bevorzugt ist das Ankerelement ein Schnappring aus metallischem Material, der in einem Sitz des radialen Außenrings der Lagereinheit befestigt ist.
Vorteilhafterweise verbessert die Leistungsfähigkeit des Ankerelements und folglich des Dichtmittels als ein Ergebnis des genauen Designs des Ankerelements, seines Sitzes in dem radialen Außenring, und des Dichtmittels und seines Sitzes in dem radialen Außenring.
Folglich wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Lagereinheit gebildet, die ein optimiertes Dichtsystem mit den Eigenschaften aufweist, die in den angehängten Ansprüchen genannt sind.
Figurenliste
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die angefügten Zeichnungen beschrieben, die einige nichtbeschränkende Beispiele der Ausführungsformen des Gehäuseelements zeigen, in denen:

1 im Querschnitt eine Lagereinheit zeigt, die mit einem optimierten Dichtsystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung versehen ist, und
2 ein Detail der 1 mit dem Design des Dichtsystems der 1 zeigt.

Ausführliche Beschreibung
Eine Ausführungsform einer Lagereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachstehend rein als Beispiel mit Bezug auf die voranstehend genannten Figuren beschrieben.
Mit besonderer Bezugnahme auf 1 umfasst die Lagereinheit 10 für Anwendungen im Nahrungsmittelbereich:

- einen radialen Außenring 31, bevorzugt rotierbar, beispielsweise auf Rollen, um eine zentrale Rotationsachse X der Lagereinheit 10,
- einen radialen Innenring 33, bevorzugt stationär,
- zumindest eine Reihe von Wälzkörpern 32, in diesem Beispiel Kugeln, die zwischen dem radialen Außenring 31 und dem radialen Innenring 33 eingefügt sind,
- einen Haltekäfig 34 für die Wälzkörper zum Halten der Wälzkörper der Reihe von Wälzkörpern 32 in Position.

Durch die gesamte Beschreibung und die Ansprüche hindurch werden Begriffe und Ausdrücke, die Positionen und Orientierungen, wie bspw. „radial“ und „axial“, angeben, als relativ zu der zentralen Rotationsachse X der Lagereinheit 30 zu sein interpretiert.
Der radiale Außenring 31 ist mit einer radialen Außenlaufbahn 31' versehen, während der radiale Innenring 33 mit zumindest 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 eingefügt ist. Der einfachen Darstellung halber wird das Bezugszeichen 32 sowohl für individuelle Kugeln als auch Reihen von Kugeln verwendet. Ebenfalls der Einfachheit halber kann der Begriff „Kugel“ beispielhaft in der vorliegenden Beschreibung und in den angefügten Zeichnungen anstelle des allgemeineren Begriffs „Wälzkörper“ verwendet werden (und das gleiche Bezugszeichen wird ebenfalls verwendet). Einige Beispiele der Ausführungsformen und der entsprechenden Gestaltungen können für den Gebrauch von Wälzkörpern verwendet werden, die verschieden von Kugeln sind (z. B. Rollen), ohne dadurch vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Die Lagereinheit 10 ist ebenfalls mit einem Dichtmittel 35 zum Dichten der Lagereinheit vor äußeren Verunreinigungen versehen. Im folgenden Text kann das Dichtmittel 35 ebenfalls als einfache Dichtung 35 bezeichnet werden, obwohl dies offensichtlich die gleiche Komponente bedeutet.
Insbesondere und gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Lagereinheit 10 mit einem optimierten Dichtsystem versehen, dass ein Dichtmittel 35 aufweist, das zwischen dem radialen Innenring 33 und dem radialen Außenring 31 eingefügt ist. Das Dichtmittel 35 ist aus einem metallischen Material hergestellt und hat eine besondere Konfiguration, sodass es mit dem radialen Innenring eine Labyrinthdichtung 39 bilden kann, die besonders vorteilhaft zum so weit wie möglichen Verhindern des Eintritts von Verunreinigungen in die Lagereinheit 10 ist. Diese Lösung ist bereits Grundlage einer Patentanmeldung des vorliegenden Unternehmens und stellt daher nicht Teil der vorliegenden Erfindung dar und wird nachstehend nicht beschrieben.
Das Dichtmittel 35 ist in einem ersten Sitz 37 des radialen Außenrings 31 eingesetzt und wird in einer stabilen Position in dem ersten Sitz 37 durch eine Befestigungswirkung gehalten, die durch ein Ankerelement 36 bereitgestellt wird, das gemäß der bevorzugten Lösung in der vorliegenden Erfindung ein Schnappring 36 aus metallischem Material, z. B. ein Seeger-Ring, ist. Das Bezugszeichen 36 wird in der vorliegenden Beschreibung verwendet, um sowohl das allgemeine Ankerelement als auch den spezielleren metallischen Schnappring zu bezeichnen.
Das Ankerelement 36 ist in den zweiten Sitz 38 des radialen Außenrings 31 eingepresst. Es kann daher abgeleitet werden, dass das optimierte Dichtsystem gemäß der vorliegenden Erfindung das Dichtmittel 35, das Ankerelement 36 und entsprechende erste und zweite Sitze 37, 38 des radialen Außenrings 31 aufweist.
Vorteilhafterweise verbessert sich die Leistungsfähigkeit des gesamten Dichtsystems der Lagereinheit 10 falls bestimmte geometrische Parameter der Komponenten des gesamten Dichtsystems optimal eingestellt werden.
An erster Stelle sollte der radiale Innendurchmesser A des ersten Sitzes 37 größer sein als der radiale Außendurchmesser D des Dichtmittels 35, sodass es immer ein Spiel zwischen dem Dichtmittel 35 und dem ersten Sitz 37 gibt. Der erste Sitz 37 wird daher eine Führungsfunktion für das Dichtmittel 35 haben und nicht, wie bei bekannten Lösungen, eine Presssitz-Befestigungsfunktion für die gleiche Komponente.
Zusätzlich sollte die axiale Länge C des ersten Sitzes 37 geringer als die Dicke T des Dichtmittels 35 sein. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass das Ankerelement, das heißt der Schnappring 36, immer das Dichtmittel 35 in seinen ersten Sitz 37 drückt, wodurch die Funktion des axialen Befestigens des Dichtmittels 35 bereitgestellt wird. Bevorzugt ist der Unterschied zwischen der Dicke T des Dichtmittels 35 und der axialen Länge C des ersten Sitzes 37 im Bereich von 0,1 mm bis 0,5 mm.
Um einen stabilen Träger und daher eine gute Dichtung sicherzustellen, sollte die radiale Breite des ersten Sitzes 37 größer als 1 mm sein.
Schließlich bildet der zweite Sitz 38 einen Winkel Ω mit Bezug auf eine Zylinderfläche 31" des radialen Außenrings 31, der zwischen 90° und 135° sein sollte, sodass der Schnappring 36, wenn er eingepresst wird, befestigt bleiben kann und wiederum das metallische Dichtmittel 35 befestigen kann.
Aufgrund des optimierten Dichtsystems ist es daher nicht länger notwendig, das Befestigungsmittel durch Eingriff zu befestigen, stattdessen kann es einfach mechanisch mittels des Ankerelements befestigt werden. Folglich werden die Wirkungen von unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen keinen Effekt auf das Halten des Dichtmittels in seinem Sitz haben.
Das mechanische Ankerelement 36 des Dichtmittels verhindert ebenfalls, dass der Käfig 34 das Dichtmittel von der Lagereinheit trennt. Dies liegt daran, weil das Ankerelement 36, das heißt der Schnappring, eine mechanische Verankerung erzeugt, die jedes Problem des Loslösens aufgrund der Bewegung des Käfigs 34 oder aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen der Komponenten verhindert, da selbst in dem Fall einer maximal unterschiedlichen thermischen Ausdehnung es immer einen Kontakt zwischen dem Schnappring 36 und dem metallischen Dichtelement 35 gibt.
Die Lösung gemäß der vorliegenden Erfindung ist ebenfalls sehr einfach ohne den Bedarf einer Presse, um das Dichtmittel 35 in den ersten Sitz 37 des radialen Außenrings 31 zu drücken, wie es bei bekannten Lösungen gefunden wird, zusammenzubauen.
Diese neue Lösung ermöglicht ebenfalls die Labyrinthdichtung, mit ihren assoziierten Vorteilen, mit dem radialen Innenring 33, ohne das Risiko der Loslösung der Dichtung zu verwenden.
Die Lösung, die den Schnappring 36 verwendet, ist ebenfalls einfach aufrechtzuerhalten. Es ist einfach, das Dichtmittel 35 zu lösen und die inneren Bedingungen der Lagereinheit 10 zu überprüfen.
Schließlich macht die Verwendung des Dichtmittels 35 des metallischen Materials es möglich, Temperaturen höher als 400 °C zu erreichen, indem vermieden wird, dass jegliche Art von Kunststoff und/oder elastomerischem Material verwendet wird, das bei solchen Temperaturen ungeeignet wäre. Ferner würde im Fall von Gummi jedes Verbrennen es für Nahrungsmittelanwendungen hochtoxisch machen.
Zusätzlich zu den Ausführungsformen der Erfindung, wie voranstehend beschrieben, ist zu verstehen, dass zahlreiche andere Varianten existieren. Es ist ebenfalls zu verstehen, dass die Ausführungsformen rein als Beispiel bereitgestellt werden und weder die Aufgabe der Erfindung noch ihre Anwendungen noch mögliche Konfigurationen begrenzen. Im Gegensatz ist zu verstehen, dass, obwohl die voranstehend gegebene Beschreibung, jenen mit Fachwissen ermöglicht, die vorliegende Erfindung gemäß zumindest einem Beispiel ihrer Konfigurationen zu implementieren, zahlreiche Varianten der beschriebenen Komponenten in Betracht gezogen werden können, ohne dadurch von der Aufgabe der Erfindung abzuweichen, wie sie in den angehängten Ansprüchen, die wörtlich und/oder gemäß ihrer legalen Äquivalente interpretiert sind, definiert ist.

Claims

Lagereinheit (10), aufweisend: - einen radialen Außenring (31), der mit zumindest einer Laufbahn (3 1') versehen ist, - einen radialen Innenring (33), der mit zumindest einer Laufbahn (33') versehen ist, - zumindest eine Reihe von Wälzkörpern (32), die zwischen dem radialen Außenring (31) und dem radialen Innenring (33) eingefügt sind, - zumindest einen Haltekäfig (34), um die Wälzkörper der Wälzkörperreihe (32) in Position zu halten, - ein Dichtmittel (35), das zwischen dem radialen Innenring (33) und dem radialen Außenring (31) eingefügt ist, wobei die Lagereinheit (10) dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Ankerelement (36) mechanisch das Dichtmittel (35) in einem ersten Sitz (37) des radialen Außenrings (31) befestigt und das Ankerelement (36) in einem zweiten Sitz (38) des radialen Außenrings (31) aufgenommen ist.
Lagereinheit (10) gemäß Anspruch 1, wobei das Ankerelement (36) ein Schnappring aus metallischem Material ist.
Lagereinheit (10) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der radial innere Durchmesser (A) des ersten Sitzes (37) größer ist als der radiale Außendurchmesser (D) des Dichtmittels (35).
Lagereinheit (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die axiale Länge (C) des ersten Sitzes (37) geringer ist als die Dicke (T) des Dichtmittels (35).
Lagereinheit (10) gemäß Anspruch 4, wobei der Unterschied zwischen der Dicke (T) des Dichtmittels (35) und der axialen Länge (C) des ersten Sitzes (37) im Bereich zwischen 0,1 mm und 0,5 mm ist.
Lagereinheit (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die radiale Breite (B) des ersten Sitzes (37) größer als 1 mm ist.
Lagereinheit (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der zweite Sitz (38) einen Winkel (Ω) mit Bezug auf eine zylindrische Fläche (31") des radialen Außenrings (31) bildet, der zwischen 90° und 135° liegt.