DE19611723A1 - Pendelrollenlager mit Dichtungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Verbesserungen bei einem Pendelrollen­ lager mit einer Kontaktdichtung, welche den Zweck hat, das Eindringen von Schmutz von außen ebenso zu verhindern wie das Entweichen von im Inneren befindlichem Schmiermittel.

Pendelrollenlager, welche die Eigenschaft haben, selbst dann ordnungsgemäß zu rotieren, wenn die Welle sich im Verhältnis zu der Achse des Außenrings schräg geneigt dreht (Selbstaus­ richtungseigenschaft), werden häufig dann eingesetzt, wenn die Zentrierung zwischen Welle und Gehäuse Schwierigkeiten berei­ tet, oder wenn die Abweichung der Welle so groß ist, daß der Innenring in schräggestelltem Zustand rotiert.

Fig. 4 zeigt als Stand der Technik ein Beispiel eines solchen Lagers mit Selbstausrichtung, und zwar einen Schnitt durch ein Pendelrollenlager mit Kontaktdichtungen 19. Wie ersichtlich, weist dieses Lager einen Außenring 20 mit sphärischer Laufril­ le 20a auf, deren Krümmungsmittelpunkt sich am Lagermittel­ punkt 0 befindet, sowie eine Anzahl in zwei Reihen angeord­ neter Wälzkörper 21, einen Lagerkäfig 22, um die Wälzkörper in vorherbestimmten Abständen zu halten, und einen Innenring 23 mit zwei Laufrillen 23a zur Führung der Wälzkörper 21.

Die Dichtung 19 weist ein ringförmiges Dichtungselement 26 auf, welches durch Preßpassung an einer an der Innendurchmes­ serfläche des Außenrings 20 befindlichen Befestigungsfläche 25 angeordnet ist, um es am Außenring 20 zu befestigen. Das Dich­ tungselement 26 weist eine Lippe 28 auf, die zum Zweck des gleitenden Kontaktes mit einer Dichtungsfläche 29 zusammen­ wirkt, welche sich an der Außendurchmesserfläche eines jeden Endes des Innenrings 23 befindet. Das Dichtungselement 26 liegt in Form eines Kerns 27 vor, der mit Ausnahme der Außen­ durchmesserfläche mit einem elastischen Material, wie z. B. Gummi, bedeckt ist, wobei der Kern 27, welcher Außendurchmes­ serfläche zugewandt ist, in direktem Kontakt mit der Befesti­ gungsfläche 25 steht.

Darüberhinaus liegt die Dichtungsfläche 29 aus verfahrenstech­ nischen Gründen in Form einer sich axial erstreckenden, gera­ den, zylindrischen Fläche vor.

In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, daß die Bildung der Dichtungsfläche 29 als eine derartige, sich axial erstrecken­ de, zylindrische Fläche dazu führt, daß bei Auftreten einer Neigung zwischen dem Innenring 23 und dem Außenring 20 die Selbstausrichtung eine Veränderung der Kontaktstelle zwischen der Lippe 27 und der Dichtungsfläche 29 in radialer Richtung verursacht, so daß sich die Spannungstoleranz des Dichtungs­ elements 26 bezüglich der Dichtungsfläche 29 ändert.

Wird eine derartige Veränderung der Spannungstoleranz vernach­ lässigt, so würde dies zu einer instabilen Dichtleistung füh­ ren; deshalb ist beim Stand der Technik die Spannungstoleranz für das Dichtungselement 26 größer angelegt als die Spannungs­ toleranz für gewöhnliche Lager (außer Pendellager). Daher ist eine Ringbandfeder 31 am Außendurchmesser der Lippe 28 befe­ stigt, um die radial nach innen gerichtete Spannungskraft zu erhöhen, so daß ermöglicht wird, daß die Lippe 28 zuverlässig in engen Kontakt mit der der Selbstausrichtung des Lagers folgenden Lippe 28 gebracht wird.

Bei steigender Spannungskraft nimmt jedoch die Reibungskraft zwischen der Lippe und der Dichtungsfläche derart zu, daß das Dichtungselement 26 dazu neigt, mit dem Innenring 23 zu rotie­ ren, so daß es nötig wird, Maßnahmen gegen eine derartige Folgerotation zu ergreifen.

Beim Stand der Technik ist das Dichtungselement 26 eher durch die Preßpassung am Außenring 20 befestigt als durch die ge­ wöhnliche Passung, welche die gebräuchlichste Befestigungs­ methode ist. Die axiale Länge der Außendurchmesserfläche des Dichtungselements 26 ist größer ausgebildet als die des ge­ wöhnlichen Dichtungselements, um den Kontaktbereich nach der Preßpassung zu erhöhen und so die Folgerotation des Dichtungs­ elements 26 zu verhindern.

Wird jedoch das Dichtungselement - wie oben beschrieben - durch Preßpassung befestigt, so wird es auch schwieriger, das Dichtungselement zu montieren bzw. zu demontieren, als dies üblicherweise der Fall ist, so daß ein hoher Aufwand erfor­ derlich ist, um das Dichtungselement zu wechseln.

Außerdem ist es durch die Vergrößerung der axialen Länge der Außendurchmesserfläche des Dichtungselements auf diese Weise auch unvermeidlich, daß die Breite L2 des Lagers zunimmt, was wiederum dazu führt, daß die Größe des Lagers insgesamt zu­ nimmt.

Als andere Maßnahme gegen Folgerotation wurde in Erwägung gezogen, den Außendurchmesser des Dichtungselements zu ver­ größern, um eine größere Spannungstoleranz zwischen dem Dich­ tungselement und dem Außenring zu ermöglichen; bei dieser Maßnahme erhöht die Bildung der Preßpassung jedoch die Ar­ beitszeit, und die Größe des Lagers nimmt ebenfalls zu, so daß eine solche Maßnahme ebenfalls Nachteile aufweist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Pendelrollenlager mit Dichtungen zu schaffen, welches dazu angelegt ist, während der Selbstausrichtung eine zufriedenstellende Dichtleistung zu bieten, während gleichzeitig eine Verkleinerung des Lagers angestrebt und die Verminderung des zum Wechseln der Dichtun­ gen nötigen Arbeitsaufwandes erzielt werden soll.

Um diese Aufgabe zu lösen, schafft die vorliegende Erfindung ein Pendelrollenlager mit Dichtungen, bei dem die Laufrille des Außenrings in sphärischer Form vorliegt und der Krümmungs­ mittelpunkt sich in der Lagermitte befindet, und bei dem ein Dichtungselement auf einem Lagerring befestigt ist, wobei dessen Lippe mit einer Dichtungsfläche in Kontakt ist, welche einstückig mit dem Ende des anderen Lagerrings ausgebildet ist, wobei die Dichtungsfläche sphärisch ist und deren Krüm­ mungsmittelpunkt sich in der Lagermitte befindet.

Eine alternative Lösung sieht vor, daß die Dichtungsfläche eine kegelförmige Fläche ist, die einer Kugelfläche ähnelt, deren Krümmungsmittelpunkt sich in der Lagermitte befindet.

Der Neigungswinkel θ der Dichtungsfläche 10 bezüglich der Lagerachse ist auf einen Bereich 1 / 2 θ₀ θ 3 /2 θ₀ festge­ legt, wobei θ₀ ein Winkel ist, den eine Linie mit der Lager­ achse bildet, wobei diese Linie sich orthogonal zu einer Linie erstreckt, welche den Kontaktpunkt zwischen der Lippe und der Dichtungsfläche mit der Lagermitte verbindet, wenn der Dreh­ winkel Null ist.

Das proximale Ende des Dichtungselements ist vorzugsweise in eine Dichtungsnut einzusetzen, welche in dem einen Lagerring ausgebildet ist.

Wird die Dichtungsfläche auf diese Weise als Kugelfläche mit einem in der Lagermitte befindlichen Krümmungsmittelpunkt ausgebildet, so ergibt sich während der Selbstausrichtung keine Änderung der Kontaktposition zwischen der Lippe und der Dichtungsfläche in radialer Richtung, so daß die Span­ nungstoleranz für das Dichtungselement bezüglich der Dich­ tungsfläche vor und nach der Schwenkbewegung auf einem kon­ stanten Wert gehalten werden kann.

Deshalb besteht im Gegensatz zum bekannten Stand der Technik im vorliegenden Fall nicht die Notwendigkeit, den Ausgangswert der Spannungstoleranz für das Dichtungselement im voraus auf einen übermäßig großen Wert festzulegen. Es erübrigen sich wiederum Maßnahmen gegen Folgerotation des Dichtungselements (beispielsweise Anordnen des Dichtungselements an der Dich­ tungsfläche durch Preßpassung, bzw. Vergrößerung der axialen Länge der Außendurchmesserfläche des Dichtungselements), wel­ che notwendig werden, wenn die Spannungstoleranz zunimmt.

Aus diesem Grund kann die Befestigungskonstruktion des Dich­ tungselements als einfache Passung gebildet werden, wodurch beim Wechseln der Dichtungselemente die Arbeitsschritte der Befestigung bzw. des Entfernens vereinfacht werden. Da außer­ dem die axiale Länge des Dichtungselements verringert werden kann, verringert sich auch die axiale Länge des Lagers, was eine Reduzierung der Größe des Lagers ermöglicht. Darüberhin­ aus werden die Ringbandfedern überflüssig, wodurch aufgrund der Reduzierung der Anzahl der Teile eine Reduzierung der Kosten erzielt wird.

In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß es schwierig ist, die Dichtungsfläche exakt sphärisch auszubilden. Wenn die Dich­ tungsfläche als kegelförmige Fläche ausgebildet ist, die einer Kugelfläche ähnelt, deren Krümmungsmittelpunkt sich in der Lagermitte befindet, so kann deshalb die nötige Arbeitszeit im Vergleich zum Fall einer Kugelfläche erheblich reduziert wer­ den. Die Herstellung eines derartigen Lagers ist im wesentli­ chem mit den gleichen Kosten wie bei aus dem Stand der Technik bekannten Gegenständen verbunden.

Darüberhinaus hätte im Fall einer derartigen, kegelformarti­ gen, geraden Fläche (aufgrund der - wenn auch geringen - Schwan­ kung der Spannungstoleranz vor und nach dem Schwenken) befürchtet werden können, daß die Dichtleistung instabil wird; eine derartige Schwankung der Spannungstoleranz ist jedoch bedeutend kleiner als die bei einer bekannten, geraden Dich­ tungsfläche, so dieses Problem in der Praxis nicht auftritt.

Angenommen, θ ist der Neigungswinkel der Dichtungsfläche be­ züglich der Lagerachse, und θ₀ ist ein Winkel, den eine Linie mit der Lagerachse bildet, wobei diese Linie sich orthogonal zu einer Linie erstreckt, welche den Kontaktpunkt zwischen der Lippe und der Dichtungsfläche mit der Lagermitte verbindet, wenn der Drehwinkel Null ist: Wird dann der Neigungswinkel θ der Dichtungsfläche 10 bezüglich der Achse p auf einen Bereich 1 / 2 θ₀ θ 3 /2 θ₀ festgelegt, kann eine kegelformartige Dichtungsfläche erzielt werden, die einer Kugelfläche mit in der Lagermitte befindlichem Krümmungsmittelpunkt ähnelt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand in der Zeichnung darge­ stellter Ausführungsformen näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform eines Lagers nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 einen vergrößerten Schnitt durch eine weitere Ausfüh­ rungsform eines Lagers nach der vorliegenden Erfin­ dung;

Fig. 3a-3b jeweils einen Längsschnitt, anhand dessen die Funktion eines Lagers nach der vorliegenden Erfindung verdeut­ licht wird;

Fig. 3c einen Längsschnitt analog Fig. 3a und b bei einem bekannten Pendelrollenlager; und

Fig. 4 einen Längsschnitt durch ein Pendelrollenlager mit Dichtungen nach dem Stand der Technik.

Wie in Fig. 1 dargestellt, weist ein erfindungsgemäßes Pendel­ rollenlager einen Innenring 1 auf, einen Außenring 2 mit sphä­ rischer Laufrille 2a, wobei der Krümmungsmittelpunkt sich in der Lagermitte 0 befindet, eine Anzahl zwischen Innenring und Außenring angeordneter Wälzkörper 3 (in der Figur ist als Beispiel ein Fall dargestellt, bei dem tonnenförmige Wälzkör­ per verwendet werden) und einen Lagerkäfig 4, um die sphäri­ schen Wälzkörper 3 in vorherbestimmten Abständen zu halten. Als Wälzkörper 3 können in manchen Fällen auch Kugeln verwen­ det werden.

Je eine Dichtung 6 ist so an jedem Ende des Lagers angeordnet, daß das Außendurchmesser-Ende, also das proximale Ende, eines Dichtungselements 7 in einer im Außenring 2 ausgebildeten Dichtungsnut 8 sitzt, während eine Lippe 9 auf dem Innendurch­ messer-Ende in gleitendem Kontakt mit einer an jedem Ende des Innenrings ausgebildeten Dichtungsfläche 10 steht. Das Außen­ durchmesser-Ende des Dichtungselements 7 weist eine Wulst aus elastischem Material auf (z. B. Gummi), um die Befestigung in der Dichtungsnut 8 zu erleichtern.

Der Ausdruck "Befestigung des Außendurchmesser-Endes des Dich­ tungselements 7 in der Dichtungsnut 8" bezeichnet die Befesti­ gung des Dichtungselements in der Dichtungsnut 8 durch das Verrasten konvexer und konkaver Bereiche, wobei es auch mög­ lich ist, diese Befestigung mittels Umfalzen des Außen­ durchmesser-Endes in die Dichtungsnut 8 durchzuführen.

Die Dichtungsfläche 10 ist auf einer Kugelfläche ausgebildet, deren Krümmungsmittelpunkt sich in der Lagermitte 0 befindet. Wird die Dichtungsfläche 10 auf diese Weise in sphärischer Form ausgebildet, so kann, wie in Fig. 3 dargestellt, selbst dann, wenn der Innenring 1 mit einem Drehwinkel α verschwenkt wird, der durch die Lippe 9 auf die Dichtungsfläche 10 ausge­ übte Kontaktdruck im wesentlichen auf einem festen Wert gehal­ ten werden: theoretisch verändert sich die Spannungstoleranz für das Dichtungselement 7, das auf die Dichtungsfläche 10 drückt, nicht vor bzw. nach der Schwenkbewegung.

Deshalb besteht im Gegensatz zu einem bekannten Gegenstand in diesem Fall keine Notwendigkeit, die Spannungstoleranz für das Dichtungselement 7 unter Berücksichtigung einer möglichen Abnahme des Kontaktdruckes auf einen vorherbestimmten, großen Wert festzulegen. Es erübrigen sich wiederum Maßnahmen gegen Folgerotation des Dichtungselements, d. h. Maßnahmen, mit wel­ chen das Dichtungselement 7 in den Außenring 2 gedrückt wird oder die axiale Länge der Außendurchmesserfläche des Dich­ tungselements vergrößert wird, welche notwendig werden, wenn die Spannungstoleranz zunimmt.

Deshalb wird es möglich, das Außendurchmesser-Ende des Dich­ tungselements 7 fest in der Dichtungsnut 8 anzuordnen, welche in der Innendurchmesserfläche des Außenrings 2 ausgebildet ist; aus diesem Grund wird im Vergleich zu einem bekannten Gegenstand, bei dem der Metallkern durch Preßpassung an der Befestigungsfläche angeordnet wird (siehe 25 in Fig. 4), die Befestigungskonstruktion vereinfacht, was beim Wechsel der Dichtungen die Arbeitsschritte des Befestigens und Entfernens erleichtert.

Da die axiale Länge des Dichtungselements 7 reduziert werden kann, kann auch die axiale Länge L1 des Lagers gegenüber der Länge L2 des bekannten Gegenstands verkürzt werden, was wie­ derum eine Verkleinerung des Lagers ermöglicht. Außerdem sind die Ringbandfedern (siehe 31 in Fig. 4) nicht mehr erforder­ lich, so daß hierdurch eine weitere Kostenreduzierung aufgrund der geringeren Anzahl von Teilen erzielt werden kann.

In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß ein Anstieg der Be­ arbeitungskosten unvermeidlich würde, um der Dichtungsfläche 10 eine exakt sphärische Form zu geben. Deshalb kann, wie in Fig. 2 dargestellt, die Dichtungsfläche 10 als Kegelform aus­ gebildet werden, die einer Kugelfläche ähnelt, deren Krüm­ mungsmittelpunkt sich in der Lagermitte 0 befindet.

Durch eine derartige kegelförmige Fläche kann die Arbeitszeit zur Bearbeitung im Vergleich zu einer Kugelfläche erheblich reduziert werden, wodurch ein Anstieg der Herstellungskosten vermieden und eine Herstellung unter im wesentlichen gleichem Kostenaufwand wie bei dem bekannten Gegenstand ermöglicht wird.

Bei einer derartigen kegelförmigen Dichtungsfläche 10 (Fig. 3 b) verändert sich die Spannungstoleranz t vor und nach der Schwenkbewegung, wodurch die Befürchtung hervorgerufen wurde, daß die Dichtleistung instabil werden könnte; da diese Ver­ änderung der Spannungstoleranz jedoch viel kleiner ist als die Veränderung t bei der bekannten, geraden Dichtungsfläche 29 (Fig. 3 c), tritt kein derartiges Problem auf.

Mit der obengenannten kegelförmigen Dichtungsfläche 10, die einer Kugelfläche mit in der Lagermitte 0 befindlichem Krüm­ mungsmittelpunkt ähnelt, wird eine Dichtungsfläche bezeichnet, die den folgenden Bedingungen genügt: Angenommen, eine Linie r erstreckt sich, wie in Fig. 2 dargestellt, orthogonal zu einer Linie q, welche den Kontaktpunkt c zwischen der Lippe 9 und der Dichtungsfläche 10 mit der Lagermitte 0 verbindet, wenn der Drehwinkel Null ist (wenn die Mittellinien des Innen- und Außenrings mit der Achse p zusammenfallen), und θ₀ ist ein Winkel, den die Linie r mit der Achse p bildet. Dann sollte der Neigungswinkel θ der Dichtungsfläche 10 bezüglich der Achse p innerhalb eines Bereiches 1 / 2 θ₀ θ 3 /2 θ₀ sein (in der Figur steht die strichpunktierte Linie m für θ = 1 / 2 θ₀ und die strichpunktierte Linie n für θ = 3 / 2 θ₀).

In der obigen Beschreibung ist das proximale Ende (Außendurch­ messer-Ende) des Dichtungselements 7 am Außenring 2 befestigt, um dessen Lippe 9 in gleitenden Kontakt mit der Außendurch­ messerfläche des Innenrings 1 zu bringen. Die Erfindung ist jedoch nicht hieraufbeschränkt und kann ebenso auf einen Fall angewendet werden, bei dem das proximale Ende (Innen­ durchmesser-Ende) des Dichtungselements 7 am Innenring 1 befe­ stigt wird, um die Lippe 9 in gleitenden Kontakt mit der In­ nendurchmesserfläche des Außenrings 2 zu bringen.

Claims (4)

1. Pendelrollenlager mit Dichtungen, bei dem die Laufrille (2a) des Außenrings (2) in sphärischer Form vorliegt und der Krümmungsmittelpunkt sich in der Lagermitte (0) befin­ det, und bei dem ein Dichtungselement (7) auf einem Lager­ ring befestigt ist, wobei dessen Lippe (9) mit einer Dich­ tungsfläche (10) in Kontakt ist, welche einstückig mit dem Ende des anderen Lagerrings (1) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsfläche (10) sphärisch ist und deren Krümmungsmittelpunkt sich in der Lagermitte (0) befindet.

2. Pendelrollenlager mit Dichtungen, bei dem die Laufrille (2a) des Außenrings (2) in sphärischer Form vorliegt und der Krümmungsmittelpunkt sich in der Lagermitte (0) befin­ det, und bei dem ein Dichtungselement (7) auf einem Lager­ ring befestigt ist, wobei dessen Lippe (9) mit einer Dich­ tungsfläche (10) in Kontakt ist, welche einstückig mit dem Ende des anderen Lagerrings (1) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsfläche (10) eine kegelför­ mige Fläche ist, welche einer Kugelfläche ähnelt, deren Krümmungsmittelpunkt sich in der Lagermitte (0) befindet.

3. Pendelrollenlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel (θ) der Dichtungsfläche (10) bezüg­ lich der Lagerachse auf einen Bereich (1 / 2 θ₀ θ 3 /2 θ₀) festgelegt ist, wobei (θ₀) ein Winkel ist, den eine Linie mit der Lagerachse (0) bildet, wobei diese Linie sich orthogonal zu einer Linie erstreckt, welche den Kontakt­ punkt zwischen der Lippe (9) und der Dichtungsfläche mit der Lagermitte verbindet, wenn der Drehwinkel Null ist.

4. Pendelrollenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das proximale Ende des Dichtungsele­ ments in einer Dichtungsnut (8) eingesetzt ist, welche in dem einen Lagerring (2) ausgebildet ist.