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Die
Erfindung betrifft einen Drehkranz mit verminderter Wartungsanforderung
mit einem Unterring und einem über
ein Kranzlager auf dem Unterring gelagerten Oberring, wobei das
Kranzlager in einem Lagerraum angeordnet ist, der zumindest über eine
erste Dichtung und eine zweite Dichtung gegen die Umgebung abgedichtet
ist.
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Ein
Drehkranz dieser Art ist aus der
DE 816056 C bekannt. Der bekannte Drehkranz
weist ein Kranzlager auf, das zweireihig ausgebildet ist, wobei
ein oberer und ein unterer Wälzlagerkranz
vorgesehen sind. Beide Lagerkränze
sind in einem im Wesentlichen spaltförmigen Lagerraum untergebracht,
der zur Aufnahme der Wälzkörper an
den Positionen der Lagerkränze
vergrößert ist.
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Derartige
Lagerkränze
können
vielfältig
eingesetzt werden. Sie werden beispielsweise als Lenkkränze für Fahrzeuge
mit einem Gespannzug eingesetzt. Sie können aber auch bei allen anderen
Lagerproblemen Verwendung finden, etwa in der Antriebstechnik, wo
zum Beispiel der Rotor eines Windrades gelagert werden muss. Grundsätzlich sind
die Lagerkränze
dafür vorgesehen,
hohe Lagerkräfte
bei möglichst
großer
Standzeit aufnehmen zu können.
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Bei
vielen Anwendungen wird das Lager während des Betriebes nicht nur
mit hohen Lasten beaufschlagt, sondern befindet sich gleichzeitig
in einer Umgebung, die es erforderlich macht, das eigentliche Kranzlager
gegen Verschmutzung und Eindringen von Fremdkörpern zu schützen. Hierbei
ist sowohl eine Abdichtung gegen eindringende Flüssigkeiten, etwa Regenwasser,
als auch eine Abdichtung gegen Fremdkörper, etwa Schmutz oder Staub,
vorzusehen. Der bekannte Drehkranz weist hierzu im Bereich des Eintritts
des Spaltes eine Labyrinthdichtung auf. Zusätzlich ist das Kranzlager und
der Spalt mit einem Fett gefüllt,
wobei über
Schmiernippel im Rahmen der Wartung dieses Fett aus dem Spalt zum Zwecke
der Reinigung herausgedrückt
und durch neues Fett ersetzt werden kann.
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Der
Nachteil des bekannten Drehkranzes besteht darin, dass in vergleichsweise
kurzen Intervallen Wartungsarbeiten erforderlich sind, wobei durch
diese Wartungsarbeiten verunreinigtes Fett anfällt, das später aufwändig entsorgt werden muss.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, einen Drehkranz zu schaffen, der eine
möglichst
geringe Wartungsanforderung und einen geringen Verschleiß der beanspruchten
Bauteile aufweist.
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Diese
Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass die erste Dichtung
eine bidirektionale Dichtung sowohl gegen den Eintritt eines Fremdkörpers in
den Lagerraum als auch gegen den Austritt eines Mediums, insbesondere
eines Lagerfettes, aus dem Lagerraum umfasst. Ferner wird diese
Aufgabe dadurch gelöst,
dass die Dichtungen zumindest im Bereich der Berührungsflächen aus einem thermoplastischen
Polyurethan gefertigt sind.
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Durch
die erfindungsgemäße Ausgestaltung der
ersten und, soweit vorgesehen, auch der zweiten Dichtung, und durch
die Anordnung der Bauteile des Drehkranzes kann nun zum einen sicher
der Lagerraum vor dem Eindringen von Flüssigkeiten oder Fremdkörpern geschützt werden,
andererseits der Lagerraum nach außen sicher abgeschirmt, so
dass zum Beispiel das Lagerfett nicht entweichen kann, selbst wenn
dieses in Folge höherer
Temperatur eine niedrigere Viskosität aufweisen sollte. Durch die
erfindungsgemäße Ausgestaltung
kann eine weitgehende Wartungsfreiheit erreicht werden, so dass
es in vielen Fällen
möglich
ist, dass die Wartungsintervalle die Lebensdauer des Drehkranzes
erreichen, also eine 100 %ige Wartungsfreiheit erzielt werden kann.
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Die
Wartungsfreiheit wird dadurch erzielt, dass zum einen die Dichtung
als bidirektionale Dichtung ausgebildet ist, so dass eine Verunreinigung
des Lagerfettes und damit die Notwendigkeit eines Austausches lange
Zeit vermieden werden kann. Gleichzeitig wird durch die Abdichtung
in die Austrittsrichtung vermieden, dass das Lagerfett entweicht.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung ist die Tatsache, dass die erste,
die zweite oder beide Dichtungen durch die Formgebung des Ober-
und des Unterringes vor mechanischen Beschädigungen geschützt werden.
Gerade bei Verwendung im Kraftfahrzeugbereich oder in der Bauindustrie,
wo häufig
Schlamm oder sonstige ag gressive Medien gegen die Dichtung geschleudert
werden können,
kann so vermieden werden, dass diese das flexible Material der Dichtung zerreibenden
Medien in den Dichtungsbereich gelangen. Auch ein mechanischer Fremdeinfluss,
der zur Zerstörung
der Dichtung führen
kann, kann so vermieden werden.
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Eine
beispielhafte Ausgestaltung des Drehkranzes weist daher einen Lagerraum
auf, der zumindest abschnittsweise spaltförmig ausgebildet ist. Bevorzugt
ist der Lagerraum mit Ausnahme des Bereichs des Kranzlagers vollständig spaltförmig, wobei die
Spaltgröße in Abhängigkeit
der benötigten
Menge des Lagerfettes variieren kann. Bevorzugt wird der Spalt möglichst
klein gehalten werden. Die erste und die zweite Dichtung können bei
dieser Ausgestaltung in den spaltförmigen Abschnitten des Lagerraumes angeordnet
werden. Dieser spaltförmige
Abschnitt kann einen gleich bleibenden oder auch einen zu- oder
abnehmenden Querschnitt aufweisen. Durch die Anordnung der ersten
und der zweiten Dichtung in dem spaltförmigen Lagerraum wird diese
beispielsweise durch den Oberring überdeckt, so dass Schlamm oder
Steine nicht gegen die Dichtung geschleudert werden können. Gleichzeitig
verhindert die Abdeckung der Dichtung, dass diese mit Flüssigkeiten
oder möglicherweise
auch das Material versprödenden
Sonnenstrahlen in Kontakt kommt.
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Die
erste und die zweite Dichtung können weitere
Dichtungsbereiche aufweisen, insbesondere kann eine Labyrinthdichtung
am Eintritt des Lagerraumes vorgesehen sein, die weiter dafür Sorge trägt, dass
Fremdkörper
nicht eintreten können.
Auch andere Möglichkeiten
der Dichtung können
hier vorgesehen werden, beispielsweise können je nach Verwendungszweck
Bürsten
vorgesehen sein, die vor der ersten und der zweiten Dichtung angeordnet
werden und so ausgestaltet sein können, dass sie eintretenden
Schmutz durch die Drehbewegung des Drehkranzes nach außen treiben.
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Das
Kranzlager kann jede Form eines Lagers einschließlich eines Gleitlagers oder
eines Wälzlagers
aufweisen. Bevorzugt wird das Kranzlager ein einreihiges oder mehrreihiges
Wälzlager
sein, wobei alle Formen von Wälzkörpern Verwendung
finden können,
auch Mischformen, so wie es bereits im Stand der Technik bekannt
ist.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und
aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
anhand der Zeichnungen.
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In
den Zeichnungen zeigt:
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1 eine
erste Ausgestaltung der Erfindung in einer Schnittansicht,
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2 die
Einzelheit Z aus 1,
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3 eine
weitere Ausgestaltung eines Drehkranzes in einer Schnittansicht
und
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4 eine
dritte Ausgestaltung eines Drehkranzes.
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In 1 ist
ein Drehkranz dargestellt, der einen Oberring 1 und einen
Unterring 2 aufweist. Das Kranzlager 3 ist hier
von einem Wälzlager,
das als Kugellager ausgebildet ist, gebildet. Dieses Kranzlager 3 ist
in einem Lagerraum 4 aufgenommen, der mit Ausnahme der
Aufnahme für
die kugelförmigen Wälzkörper und
den radialen Bereich zwischen diesen Wälzkörpern spaltförmig ausgebildet
ist. Im Bereich des oberen Endes des Unterrings 2 ist der spaltförmige Lagerraum 4 seitlich
nach links abgewinkelt, wobei im dann horizontal verlaufenden Bereich
zwischen dem Oberring 1 und dem Unterring 2 die
erste Dichtung 5 angeordnet ist. Natürlich kann auch jede andere
Form von Lagergeometrien gewählt
werden.
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Die
erste Dichtung 5 wird hier von zwei wesentlichen funktionellen
Bauelementen gebildet. Zum einen ist dies eine Labyrinthdichtung 5'*, die dadurch hergestellt
ist, dass der Oberring 1 vor dem Unterring 2 mit
einer Nase nach unten hervorspringt, die den Eintritt des Spaltes
des Lagerraumes 4 abdeckt. Zusätzlich weist der Unterring 2 im
Bereich dieser vorspringenden Nase einen Einschnitt auf, so dass
sich ein im Wesentlichen S-förmiger
Eintrittsbereich für den
Lagerraum 4 ergibt.
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Das
zweite Bauelement der Dichtung 5 wird von einer elastischen
Dichtung gebildet, die umlaufend im Unterring 2 gelagert
ist. Alternativ kann diese Dichtung natürlich auch im Oberring 1 gelagert
werden.
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Der
elastische Teil der Dichtung 5 ist als bidirektionale Dichtung
ausgebildet, wobei dies dadurch realisiert wird, dass der elastische
Bereich mit einem unteren Teil in eine Nut im Unterring 2 eingesteckt
ist und der obere Teil eine erste Dichtlippe 7 und eine zweite
Dichtlippe 8 aufweist, die sich gegen die Kontaktfläche des
Oberrings 1 abstützen.
Beide Dichtlippen sind in einem Winkel zur Kontaktfläche angestellt,
wobei sich aus Sicht des Lagerraums 4 die erste Dichtlippe 7 nach
außen
erstreckt, während
die zweite Dichtlippe 8 nach innen gerichtet ist. Im mittleren
Teil der Dichtung 5 kann eine Vertiefung vorgesehen sein,
die als Sammelrinne für
dennoch eintretende Flüssigkeiten
oder Staubpartikel dienen kann.
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Bei
einer aufwändigeren
Gestaltung der Dichtung 5 kann die mittlere Sammelrinne
auch über Abflusskanäle mit der
Umgebung verbunden sein, so dass Staub und Flüssigkeiten aus diesem Sammelraum
entweichen können.
Die Dichtungen 5, 6 sind bevorzugt aus einem thermoplastischen
Polyurethan gefertigt, wobei dieser Werkstoff nicht nur extrem verschleißfest ist
und damit eine hohe Lebensdauer gewährleistet, sondern auch eine
sehr hohe mechanische Festigkeit gegenüber Beschädigungen und chemischen Einwirkungen
aufweist. In Verbindung mit der besonderen Ausgestaltung der Dichtungen 5, 6 einerseits
und der weiter unten beschriebenen speziellen Form des Oberrings 1 und
des Unterrings 2 andererseits gewährleistet das Material der
Dichtungen 5, 6 eine wesentliche Verlängerung
der Wartungsintervalle. Die Verlängerung
der Wartungsintervalle wird allerdings durch jeden einzelnen Aspekt der
Erfindung erreicht, einmal die Auswahl des Materials der Dichtungen 5, 6,
zum anderen die spezielle Formgebung der Dichtungen 5, 6 mit
bidirektionaler Wirkung und zum Dritten die spezielle Formgebung des
Drehkranzes an sich, der die Dichtungen 5, 6 vor mechanischen
Beschädigungen
schützt.
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Zum
Erreichen des letztgenannten Zieles sind daher bei der dargestellten
Ausführungsform
der Oberring 1 und der Unterring 2 derart gestaltet
und miteinander verbunden, dass die erste Dichtung 5 und
die zweite Dichtung 6 in dem spaltförmigen Bereich des Lagerraumes 4 angeordnet
sind. Zusätzlich ist
der obere Eintritt des Lagerraumes 4 über eine Labyrinthdichtung 5' mechanisch
geschützt.
Der obere Teil des Lagerraums 4 ist besonders gut in 2,
die die Einzelheit Z aus 1 in vergrößerter Darstellung wiedergibt,
ersichtlich.
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Die
Dichtlippen 7, 8 der Dichtungen 5, 6 sind so
gestaltet, dass der infolge eines Verschleißes auftretende Einlaufeffekt
lange Zeit kompensiert werden kann, die Dichtlippen 7, 8 oder
auch de Dichtungen also so flexibel geformt und ausgebildet sind,
dass noch federnd gegen den Oberring 1 angestellt bleiben,
also funktionstüchtig
bleiben. Dieser Einlaufeffekt entsteht im Wesentlichen durch den
Verschleiß des
Lagers, wobei sind der Lagerraum 4 durch die Verringerung
des Kugeldurchmessers und/oder Riefenbildung im Oberring 1 oder
Unterring 2 verkleinert.
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Erfindungsgemäß sind die
Dichtungen 5, 6 so ausgebildet, dass diese Abstandsverringerung, die
mehrere Millimeter betragen kann, von der elastischen Dichtung 5, 6 kompensiert
werden kann. Die hierfür
erforderliche Elastizität
ergibt sich einerseits aus dem gewählten Dichtungsmaterial und
andererseits aus der besonderen Formgebung der Dichtungen 5, 6 und
des Oberrings 1 im Bereich der Kontaktfläche, wie
sie insbesondere in 4 dargestellt ist.
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3 zeigt
eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Drehkranzes. Diese Ausgestaltung
weist auch im unteren Bereich eine Labyrinthdichtung 6' auf. Diese
Labyrinthdichtung wird hier von dem Eintrittsspalt zwischen dem
Oberring 1 und dem Unterring 2 sowie einem kleinen
Raum seitlich neben der zweiten Dichtung 6 gebildet, so
dass Medien, die die Dichtung 6 umgehend in den Lagerraum 4 eintreten
könnten,
zunächst
durch diesen unteren Spalt dann die Dichtungen 5, 6 seitlich
umgehend in den eigentlichen Lagerraum 4 eintreten müssten.
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Auf ähnliche
Weise ist bei dieser Ausführungsform
der obere Teil des Lagerraums 4 über eine weitere Labyrinthdichtung 5' abgesichert.
Als Dichtungen 5, 6 werden hier bekannte Dichtungen
verwendet, die nur in eine Richtung eine erhöhte Dichtwirkung auf Grund
der schrägen
Anstellung der Dichtlippe 8 an die Kontaktfläche mit
dem Oberring 1 aufweisen. In die entgegen gesetzte Richtung
ist diese dargestellte Dichtung nur schwach abdichtend, so dass
die in 1 dargestellten Dichtungen 5, 6 für die Realisierung
der Erfindung bevorzugt werden. In Verbindung mit dem thermoplastischen
Polyurethan kann aber auch mit der weniger geeigneten Dichtungsform
eine spürbare
Verlängerung
der Wartungsintervalle erreicht werden.
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Wie
die bekannten Drehkränze
weisen auch die erfindungsgemäßen Drehkränze zumindest
einen Schmiernippel auf, durch den der Lagerraum 4 mit Fett
gefüllt
werden kann. Obwohl dieses Merkmal an sich auf Grund der Wartungsfreiheit,
sofern die Wartungsintervalle die Lebensdauer des Drehkranzes übersteigen,
nicht notwendig wäre,
erleichtert eine solche externe Schmiermöglichkeit doch das Befüllen des
Lagerraumes 4 mit Lagerfett, was ansonsten nur während der
Montage unter Herausdrücken überschüssigen Lagerfettes
aus dem Lageraum 4 bei Aufsetzen des Oberrings 1 auf
den Unterring 2 erreicht werden kann. Muss dagegen der
Lagerraum 4 nicht vollständig mit Lagerfett gefüllt sein,
könnte
auf eine externe Schmierung verzichtet werden. Dies nimmt allerdings
dem Wartungspersonal die Möglich keit,
eventuell trotz aller Vorsichtsmaßnahmen eindringenden Schmutz
ohne Demontage des Drehkranzes entfernen zu können.
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In
den dargestellten Ausführungsformen
sind die Dichtungen jeweils im nicht montierten Zustand gezeigt,
um die Grundform des Dichtungselements darstellen zu können. Selbstverständlich werden
die Dichtungen 5, 6 in 3 durch
die Montage des Oberrings 1 auf den Unterring 2 herunter
gedrückt. Die
Kontaktfläche
des Oberrings 1 ist dabei eine ebene Fläche, so dass sich eine Flächenberührung zwischen
der Dichtung 5 bzw. 6 und dem Oberring 1 ergibt.
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Als
erfindungswesentlich werden grundsätzlich drei Komplexe angesehen,
einmal die Ausgestaltung der Dichtungen 5, 6 als
bidirektionale Dichtung, zum anderen die Überdeckung des Dichtungsbereichs
im Bereich der oberen Dichtung 5 und der unteren Dichtung 6 durch
die spezielle Geometrie des Oberrings 1 und des Unterrings 2,
so dass beide Dichtungen 5, 6 vor mechanischer
Beschädigung
geschützt
sind, wozu auch optionale Labyrinthdichtungen 5' und 6' beitragen können, und
zum Dritten die Verwendung des Werkstoffes thermoplastischer Polyurethan
zur Herstellung zumindest des stark belasteten elastischen Bereichs
der Dichtung 5 oder 6.
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Jeder
einzelne der drei Komplexe kann ohne Mitwirkung der jeweils anderen
Komplexe zu einer Verlängerung
der Wartungsintervalle beitragen. Daher werden alle drei Komplexe
zunächst
unabhängig voneinander
als erfindungswesentlich angesehen, allerdings wird das Zusammenspiel
aller drei Maßnahmen
zu einer erheblichen Verlängerung
der Wartungsintervalle führen.
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In 4 ist
eine weitere Ausgestaltung der Erfindung gezeigt, die sich von der
zuvor beschriebenen im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass sich
der Spalt vor der Dichtung 5 im oberen Teil des Drehkranzes
etwas erweitert, um so eine Vergrößerung des Lagerraums 4 unmittelbar
vor der Dichtung 5 zu schaffen. Dies hat den weiteren Vorteil,
dass trotz aller Vorkehrungen eindringende Schmutzpartikel hier
gesammelt werden nicht in den engeren Spalt eindringen.
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Der
Oberring 1 ist im Bereich der ersten Dichtung 5 mit
einer ebenen Vertiefung versehen, wobei sich die Dichtlippen 7, 8 im
Grund dieser Vertiefung auf der ebenen Fläche abstützen. Dies hat den Vorteil,
dass die Dichtlippen 7, 8 versenkt angeordnet
sind und in den Spalt eindringende Fremdkörper nicht so leicht den vorderen Bereich
der ersten Dichtlippe 7 angreifen können und das im Lagerraum 4 befindliche
Fett eher von unten gegen die zweite Dichtlippe 8, diese
gegen den Oberring 1 drückend angepresst
wird. In beiden Fällen
wird also die seitliche Angriffsfläche der Dichtlippen 7, 8 verringert
bzw. abgedeckt.
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Durch
die spezielle Form der Dichtung 5, 6, die seitlich
an einem im Unterring 2 eingelassenen Dichtungsteil mit
einem schräg
nach oben (im Falle der Dichtung 5) bzw. zur Seite (im
Falle der Dichtung 6) hervorspringenden Hauptast versehen
sind, der sich dann in die beiden, sich in unterschiedliche Richtungen
erstreckenden Dichtlippen 7, 8 aufteilt, ist eine
gute Verformungsmöglichkeit
der Dichtung 5, 6 zur Kompensation des Einlaufens
des Lagers gewährleistet,
ohne dass die Dichtwirkung nachlässt. So
können
die Dichtungen 5, 6 scherengitterartig zusammengelegt
werden, wobei jedoch die Anstellkraft und auch die Elastizität der Dichtlippen 7, 8 relativ zum
weiteren Bereich der Dichtungen 5, 6 weitgehend
erhalten bleibt.
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- 1
- Oberring
- 2
- Unterring
- 3
- Kranzlager
- 4
- Lagerraum
- 5
- Erste
Dichtung
- 5'
- Grobdichtung
der ersten Dichtung
- 6
- Zweite
Dichtung
- 6'
- Grobdichtung
der zweiten Dichtung
- 7
- Erste
Dichtlippe
- 8
- Zweite
Dichtlippe