DE1605834A1

DE1605834A1 - Lagerbuechse mit einer Dichtungseinrichtung

Info

Publication number: DE1605834A1
Application number: DE19681605834
Authority: DE
Inventors: Papenguth Richard Palen
Original assignee: Parker Hannifin Corp
Current assignee: Parker Hannifin Corp
Priority date: 1968-01-20
Filing date: 1968-01-20
Publication date: 1971-09-30
Also published as: GB1183418A

Description

I DUOÖOH PATENTANWÄLTE

DIPL-ING. LUDEWIG · DIPL.-PHYS. BUSE · 56 WUPPERTAL-BÄRMEN

513 Kennwort:^HSchwammdichtungⁿ

Firma Parker-Hannifin Corporation, Cleveland 12/Ohio (V.St.v.A.) Lagerbüchse mit einer Dichtungseinrichtung.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Lagerbüchse mit einer Dichtungseinrichtung, insbesondere für Achsen von Eisenbahn-Fahrzeugen, bei der das Büchseninnere eine aus zwei gegenüberliegenden, radial verlaufenden Wänden gebildete Nut aufweist, die an einer Seite offen ist sowie zur Aufnahme der Dichtungseinrichtung dient und deren gegenüberliegende Wände Öffnungen zum Durchstecken der Achse besitzen.

Die Lagerbüchsen von Eisenbahn-Fahrzeugen enthalten die Lager für die Achsen und sind mit einem Schmiermittel zum Schmieren der Lagerstellen gefüllt. Die Lagerbüchsen tragen eine Öffnung, duroh die die Achse hindurchgeführt ist..Um diese Öffnung ist eine Nut herumgelegt zur Aufnahme einer Dichtungseinrichtung, die mit der Achse einerseits und den Innenflächen der Nut andererseits zur Anlage kommt, um Staub und andere Fremdteile aus dem Inneren der Lagerbüchse entfernt zu halten und um ein Heraussickern des Schmiermittels aus der Lagerbüchse zu verhindern. Es ist ausserordentlich schwierig für die Dichtungseinriohtung stets eine gut abgedichtete Anlage mit der Achse und den Nutfläohen aufrecht zu erhalten, wenn sich die Achse sowohl in radialer als auch in axialer Riohtung bezüglich der

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Öffnung der Lagerbüchse um ein beträchtliches Ausmaß bewegt, wie es in der Praxis vorkommt. Diese Bewegungen führen nicht nur asu Schwierigkeiten zur Aufrechterhaltung der Dichtung sondern verursachen auch eine rasche Abnutzung und einen schnellen Bruch der Dichtungseinrichtung.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Lagerbüchse mit einer Dichtungseinrichtung der eingangs genannten Art zu entwickeln, die diese Schwierigkeiten beseitigt.

Dies wird erfindungsgemäss im wesentlichen dadurch erreicht, dass die Dichtungseinrichtung aus einem verhältnismässig starren, tellerförmigen Trageglied mit einer Durchführöffnung für die Achse sowie aus einem daran befestigten elastischen Abdichtungsglied gebildet ist, das sich in mehrere, besonders geformte Teilstücke aufteilen lässt. Das Abdichtungsglied besteht zunächst aus beidseitig des Tragegliedes angebrachten, dünnen elastischen Scheiben, ferner aus einem rohrförmigen Teilstück an dem Trageglied sowie aus einem an einem Ende dieses Rohstückes angesetzten zylindrischen Verlängerungsstück, das in axialer Richtung vom Rohrteilstück hinwegragt und nach der Montage in eine der Durchstecköffnungen der Lagerbüchse hineinragt sowie eine allmählich zunehmende Dicke aufweist, deren dünnster Abschnitt zur leichten Biegsamkeit der Dichtungseinrichtung bei ihrer Montage in der Nut sich am Rohrteilstück neben dem tellerförmigen Trageglied befindet. Das Abdichtungsglied besitzt schliesslich im Anschluss an sein zylindrisches Verlängerungsstück ein radial nach -itinen verlaufendes flanschartiges Teilstück, das gegenüber des dünnsten Abschnitt des Ver-

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längerungsstückes axial versetzt angeordnet ist und vor seiner ' Montage einen kleineren Innendurchmesser aulweist, als der Durchmesser der hindurchzuführenden Achse beträgt. Das Flanschtet 1st iick ist bei der Achsendurchführung zu einer rohrförmigen Dichtungslippe verformbar, die an der Achse abdichtend zur Anlage gelangt und deren freies Ende axial in Richtung auf das Rohrteilstüek der Dichtungseinrichtung verläuft. Der dickste Abschnitt des zylindrischen Verlängserungsstückes liegt dabei zur Absteifung des Flanschteilstückes diesem radial auf. Die maximale Absteifung des Flanschstückes verhindert ein Ausbiegen in axialer Richtung nach aussen.

In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Es versteht sich natürlich, dass die Erfindung hierauf nicht beschränkt ist. Es zeigen:

Fig. i die seitliche' Schnittansicht eines TeilStückes der Lagerbuchse nach 4er Erfindung mit der in Abdichtender Lage an der Achse befindlichen Dichtungseinrichtung,

Fig. 2 einen Radialschnitt durch die Lagerbüchse nach Fig. i längs der Schnittline 2-2 von Fig. 1,

Fig. 3 einen weiteren Radialschnitt der Lagerbüchse von Fig. 1 entlang der Schnittline 3-3 von Fig. 1, aber mit radial verschobener Lage der Achse in der Lagerbüchse,

Fig. 4 einen Axialschnitt durch die Lagerbüchse mit der in Fig * 3 befindlichen Anordnung der Achse längs der Schnittlinie k-k von Fig. 3 und

Fig. 5 in starker Vergrösserung und teilweise im Schnitt ein

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Bruchstück eines Teiles der Dichtungsvorrichtung nach der Erfindung, das sieh in Berührung mit der Achse befindet und seinen Aufbau aus einem Werkstoff mit gasgefüllten Zellen in übertriebener Darstellung zeigt.

Die in den Zeichnungen gezeigte Lagerbüchse Io ist von üblicher Bauart. An ihrem dem Rad der Achse zugekehrten, inneren Ende sind eine erste und eine zweite vertikale Wand 11,12 angeordnet, die in Abstand zueinander verlaufen und eine Nut 13 zwischen sich ausbilden. Die Wände 11,12 besitzen Öffnungen 15, 16, durch die die Achse 1? des Eisenbahn-Fahrzeuges hindurchgeführt ist. Die Form dieser Öffnungen 15,16 ist aus den radialen Schnittansichten von Fig. 2 und 3 zu erkennen. An der Stelle, an der die Achse 1? durch die Öffnungen 15,16 hindurchtritt, besitzt sie eine abgestufte zylindrische Fläche 18. Ein demgegenüber noch welter abgestufter zylindrischer Abschnitt I9 ist in einem Lagerstück 2o weiter aussen gelagert. Wie aus den Figuren 1 und 3 ersichtlich, besitzt die Nut I3 ebene Wandungsflächen 21,22 und gerade Seitenwandflachen 23, 24. Die Nut ist an ihrem unteren Ende mit einer gebogenen Fläche 25 verschlossen und an ihrem oberen Ende offen.

In die Nut ist eine Dichtungseinrichtung 27 eingesetzt. Diese besteht aus einer ebenen Platte 28, die vorzugsweise aus Sperrholz oder anderem wohlfeilen Werkstoff gebildet ist. Die Platte 28 weist eine zentrale kreisförmige Öffnung 29 auf,

Aa inneren Rand der Platte 28 ist ein Abdichtungsglied 32 aus Gummi oder ähnlichem Werkstoff entweder durch Anformen oder durch

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Verkittung befestigt. Über die ganze Länge besitzt der Werkstoff des Abdiektungsgliedes 32 im wesentlichen gleichmässig verteilte zahlreiche, in sich geschlossene, gasgefüllte Zellen. Diesen Werkstoff bezeichnet man üblicherweise als Schwammgummi oder als zellenartigefl, Gummi.

Als Alternative Lösung kann die P'latte 28 aus homogenem Gummi oder auch aus zellenartigem Gummi von gleicher Art wie das Abdichtungsglied 32 bestehen. Im letzten Falle ist die gesamte Dichtungseinrichtung 27 einstückig ausgebildet.

Das Abdichtungsglied 32 besteht aus einem Paar von dünnen, ringförmigen, scheibenartigen Teilen 33, 34, die ringförmige Rippen 35, 36. in ihrem Randbereich aufweisen. Die Rippen 35, besitzen den gleichen Durchmesser, jedoch ist der Kreismittelpunkt der Rippe 36 über demjenigen der Rippe 35_f womit die beiden Rippen 35,36 mit ihrem oberen und unteren Teilstück gegeneinander versetzt angeordnet sind, wie aus Fig. 1 zu erkennen ist. Dieses Versetzen der beiden Rippen 35, 36 in dieser Weise gestattet es, sie kreisförmig sowie mit gleichem Durohmesser zu gestalten und dabei dennoch die beiden zugehörigen nicht- p^reisfömrigen Öffnungen I5 und 16 wirksam abzudichten. Die Höhe der Rippen 35, 36 ist derart ausgebildet, dass sie bei eingesetzter Dichtungseinrichtung 27 in der Nut I3 zusammengedrückt werden und folglich in abdichtender Anlage mit den Wandungsflächen 21, 22 stehen.

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Das Abdioittungsglied 32 besitzt ein zylindrisches Verlängerungsstück 37, das in die Durchstecköffnung 16 eintritt und hier einen losen Situ einnimmt. Vom Ende des zylindrischen Verlängerungsstückes 37 verläuft*radial nach innen weisend.ein dünnes flanschartiges Toilstück 38. Anfangs, d.h. vor seiner Montage, besitzt das Flansohteilstück 38 die Gestalt einer flachen, ringförmigen Scheibe, wie anhand der gestrichelten Linien in Fig. 1 angedeutet ist. Im Betriebszustand wird aber der Innenteil 39 dieses Flanschsliiekes 38 durch den Achsenabschnitt 18 zu einer schlauchformigeük Lippe ko aufgeweitet und abgebogen, wie mittels der ausgezogen gezeichneten Linien in Fig. 1 zu erkennen ist. Die Öffnung 29 der ebenen Platte 28 ist in ihrem Durchmesser etwas weiter gestaltet, als das zylindrische Verlängerungsstück 37. Dieses Verlängerungsstück 37 besitzt einen dünnen Querschnitt, womit es sich leicht radial nach innen verbiegen lässt, so dass es durch die Nut 12 hindurchgeführt werden kann, wenn die Dichtungsfinrichtung 27 in die Lagerbüchse Io eingeführt wird oder aus ihr entfernt wird. Der dickste Abschnitt des zylindrischen Verlängerungsstückes 37 liegt an dem Flanschstück 38. us das Flanschstück 38 maximal abzusteifen. Die radiale Innenfläche kl des Abdichtungsgliedes 32 ist gegenüber der Längsachse etwa um einen Winkel von 15° konisch gestaltet, womit das Ziel einen dünnen Querschnitt dieses Teilstückes des Abdichtungsgliedes 32 zu erhalten , erleichtert ist. Dieses dünne Teilstück erl_Teiohtert nicht nur ein Her%sbiegen der zylindrischen Verlängerung 37, wie beschrieben wurde, sondern gestattet es auch das Volumen und damit den Kostenaufwand für ein solches Glied 32 herabzusetzen. Die konische Gestalt stellt es sicher,

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dass das freie Ende der Abdichtungslippe 4o auch dann ausser Berührung mit der radialen Innenfläche 41 verbleibt,- wenn die Achse 17 seitlich abgelenkt wird, wie aus dem unteren Teil von Fig. 4 zn erkennen ist.

Am oberen Ende der Platte 28 ist eine Rippe 44 aus einea mit Hohlzellen versehenen, elastischen ¥erkstoff angeordnet» die die Platte 28 allseitig umgibt. Diese Rippen 44 sind entweder an dem Ort ihrer Anbringung angeformt oder aber in einem besonderen Arbeitsverfahren angekittet. Die Rippe 44 liegt abdichtend an allen oberen Seitenflächen der Nut 13 an, womit ein vollständiger Verschluss des oberen offenen Endes der Nut 13 gegenüber Staub und anderen Fremdkörpern gebildet wird,

Lagerbüchsen von Eisenbahn — Fahrzeugen gestatten sowohl radiale als auch axiale Bewegungen der darin befindlichen Achse. Bewegt sich die Achse radial, wie in Fig. 4 dargestellt ist, so muss die schlauchföraige Abdichtungslippe 4o dieser Bewegung folgen, jj us eine Abdichtende Anlage mit der Achse allseitig stets aufrecht zu erhalten. Um dies zu bewerkstelligen ist es erforderlich, dass die Abdichtungslippe 4o eine beachtliche Länge in ihrer Lage an der Achse 17 aufweist, wenn die Achse in der Lagerbüchse zentriert ist. Dies nacht es folglich erforderlich, dass anfangs der Innendurchmesser 42 des Flanschteilstückes 38 erheblich kleiner als der Durchmesser des Achsenabschnittes 18 beträgt, wie aus Fig. 1 zu erkennen ist. Dies hat wiederrum zur Folge, dass der Werkstoff in Innenteil 39 des Flanschstückes 38 us ein beträchtliches Mass geweitet werden muss, wenn die Achse 17

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- 8 eingesetzt wird.

Es wurde festgestellt, dass die anfängliche Grosse der geschlossenen Zellen 53 in dem Innenteil 39 sowie deren gesamtes Zellvolumen bezüglich des Gesamtvolumens dieses Teilstückes beträchtlich ausgebildet sind. Wären die Zellen 53 und ihr gesamtes Zellvolumen zu klein, so wären die Wände zwischen den Zellen 53 verhältnismässig dick. Beim Aufweiten des Flansch-

" Stückes 38 an der Achse 17 würden die Zellen 53 weiter in ihrer Grosse verkleinert werden und der Werkstoff in der Lippe ko würde sich nach Art eines homogenen, elastischen Werkstoffes ohne gasgefüllten Zellen verhalten. Bei dieser Sachlage würde sich im Bereich der Lippe eine beträchtliche Ringspannung ausbilden, so dass die Lippe ho die Achse i? derart dicht und mit derart grosser Reibung umgibt, dass innerhalb der Lippe ho bei Rotation der Achse 17 eine beträchtliche Wärme erzeugt wird. Diese Schwierigkeiten werden ferner noch dadurch vergrössert,

. dass die in der Lippe 4o erzeugte Wärme den sogenannten JoO,le Effekt hervorruft, bei dem ein unter Belastung und Wärme stehender Gummi zusammenschrumpft. Dieses Schrumpfen vergrössert die Spannung der Lippe ko auf der Achse, womit eine grössere Reibung sowie eine weitere Temperaturerhöhung hervorgerufen wird, Als Ergebnis erhält man somit eine baldige Zerstörung der Lippe ko.

Sind andererseits die Zellen 53 und / oder ihr Gesamtvolumen anfangs zu gross, so sind die Trennwände zwischen den Zellen 53 verhältnismässig zu dünn, womit sich zwei nachteilige Wirkungen ergeben.

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** es vorteilhaft ist, wenn -U-

Einer dieser Nachteile besteht darin, dass die Zellenwände Löcher aufweisen, womit der Werkstoff der Lippe ko durch - -lässig wird und die Flüssigkeit hindurchsickern lässt. Der andere Nachteil besteht darin, dass die Abdichtungslippe ko sich zu leicht ausweiten lässt und damit in ihrer Lage an der Achse keine genügende Ringspannung hervorruft und damit feine ausreichende abdichtende Anlage an ddr Achse 17 bedingt.

Es hat sich nun herausgestellt, dass eine befriedigende Dicke zwischen den Zellen 53 dann erhalten wird, wenn das gesamte Volumen der Zellen 53 etwa ko% vom Gesamtvolumen des Abdichtungsgliedes 32 ausmacht. Bei dieser Beziehung sind die Zellenwände dünn genug sowie eine genügende Menge von Gas in den geschlossenen Hohlzellen eingelagert, so dass sich der Werkstoff nicht wie ein fester Körper verhält. Man erhält hiermit eine ausreichende Ringspannung in der Lippe ko, die eine wirksame Abdichtung an der Aohse IJ hervorruft, ohne dass Ringbandfedern verwendet werden müssten. Die Ringspannung ist aber nicht so gross, dass hierbei eine übermässige Reibung und Wärme sich ergeben würde. Der oben erwähnte Joule-Effekt ist vernachlässigbar. Die Lebensdauer der Abdichtungslippe ist beträchtlich. Auch in diesem Fall sind zwar offene Zellen 53 enthalten, um eine Absorption von Schmieröl an dieserStelle zu erhalten, doch sind diese Zellen nicht zahlreich genug, um ein durchsickern der Flüssgkeit durch die Lippe 4o beftirohten zu müssen. Geöffnete Zellen 53 sind insbesondere an der Anlagefläche der Lippe ko an der Achse 17 erwünscht, wo das in die Zellen 53 eingelaufene Öl eine Schmier-

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Wirkung zwischen Lippe und Achse hervorruft, die die Reibung verringert. Das Schmieröl kann in die offenen Zellen 53 entweder durch Tränken des ganzen Abdichtungsgliedes32 in einem Ölbad vor seiner Montage durchgeführt werden oder aber durch Berührung des Abdichtungsgliedes 32 mit dem Öl bei fertiger Montage erfolgen.

Mit der vorerwähnten Lagerbüchse und deren Oichtungseinrichtung P ist es möglichAder Abdichtungslippe ko eine gute Dichtung an der rotierenden Achse 17 treibst dann zu erhalten, wenn die Achse 17 in radialer oder axialer Richtung bezüglich der Lagerbüchse Io Bewegungen ausführt. Die Rippen 35, 36 halten eine Abdichtung mit den Wandungen 21,22 aufrecht. Genauso sorgt die Rippe kk für eine Abdichtung mit den Wänden 21,22,23 und 2k der Nut 13, womit Staub und Fremdteilchen von aussen daran gehindert sind in die Nut 13 hineinzugelangen.

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Claims

DiPL-ING. LUDEWIG · dipl-phys. BUSE · sowuppertal-barmen 513 44 Kennwort:HSohwammdiohtungn Patentansprüche :

1. Lagerbüchse mit einer Dichtungseinrichtung, insbesondere für Achsen von Eisenbahn-Fahrzeugen, bei der das Büchseninnere eine aus, zwei gegenüberliegenden radial verlaufenden Wänden gebildete Nut aufweist, die an einer Seite offen ist sowie zur Aufnahme der Dichtungseinrichtung dient und deren gegenüber- j liegende Wände Öffnungen zum Durchstecken der Achse besitzen, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungseinrichtung (27) aus einem verhältnismässig starren, tellerförmigen Tragglied )(28) mit einer Durchführöffnung (29) * für die Achse (17) sowie aus einem daran befestigten elastischen Abdichtungsglied (32) gebildet ist, das aus beidseitig des Tragegliedes angebrachten, dünnen elastischen Scheiben (33,34), ferner aus einem rohförmigeu Teilstüok an dem Trageglied (28-) sowie aus einem an einem Ende dieses Rohrteilstückes angesetzten zylindrischen Verlängserungsstüok (37) ^ besteht, wobei das zylindrische Verlängerungsstück (37) in axialer Richtung vom Rohrteilstück hinweg und nach der Montage in eine der Durchstecköffnungen (16) der Lagerbüchse (io) hineinragt sowie eine allmählich zunehmende Dicke aufweist, deren dünnster Abschnitt zur leichten Biegsamkeit der Dichtungseinrichtung (27) bei ihrer Montage in der Nut (I3) sich am Rohrtexlstüok neben dem tellerförmigen Trageglied (28) befindet, und das Abdichtungsglied (32) schliesslich im Anschluss an sein zylindrisches Verlängerungsstück (37) ein

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radial nach innen verlaufendes, flanschartiges Teilstück (38) besitzt, das gegenüber dem dünnsten Abschnitt des Verlängerung^; stückes (37) axial versetzt angeordnet ist und vor der Montage einen kleineren Innendurchmesser aufweist, als der Durchmesser der hindurchzuführenden Achse (17) beträgt, wobei das Planschteilstück (38) bei Achsendurchführung zu einer rohrförmigen Dichtungslippe (ko) verformbar ist, die an der Achse (17) abdichtend zur Anlage gelangt und deren freies Ende axial in Richtung auf das Rohrteilstück der Dichtungseinrichtung (27) verläuft, und der dickste Abschnitt des zylindrischen Verlängerungsstückes (37) dem Flanschteilstück (38) zu dessen Absteifung radial gegenüberliegt.

2. Lagerbüchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Aussenflache des Flanschteilstückes (38) bei Achsendurchführung (17) zwischen 15% und 3o% ausdehnbar ist.

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3. Lagerbüchse nach Anspruch 1, oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff der Dichtungslippe (ko) Hohlzellen (53) aufweist, wobei vor der Montage das gesamte Zellvolumen etwa ko% des Gesamtvolumens der Dichtungslippe (ko) ausmacht.

§. Lagerbüchse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass einige der Hohlzellen (53) zur Ölabsorption mit der Durchführöffnung (29) für die Achse (17) in Verbindung stehen, während die übrigen Hohlzellen (53) in sich geschlossen sind und unter Druck stehende Gase einschliessen.

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5. Lagerbüchse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis k, dadurch gekennzeichnet, dass der elastische Werkstoff aus Gummi oder dergl. besteht.

6. Lagerbüchse nach einem oder mehreren der Ansprüche ibis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das tellerförmige Trageglied, (28) der Dichtungseinriohtung''(27) aus Schichtholz gebildet ist.

7. Lagerbüchse nach einem oder innereren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das tellerförmige Trageglied (28) der Dichtungseinrichtung (27) aus elastischem Werkstoff gebildet ist.

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