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Die vorliegende Erfindung befasst sich mit dem Gebiet von Dichtungen und insbesondere von Dichtungen, die in Wälzlagern eingesetzt werden.
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Bei einem Wälzlager werden gewöhnlich eine oder mehrere Dichtungen vorgesehen, um das Schmiermittel, wie z. B. Fett, innerhalb des Lagers zurückzuhalten und das Eindringen von verschmutzenden Elementen zu verhindern. Üblicherweise sind die Dichtungen an einem der Ringe des Lagers befestigt und wirken unmittelbar oder mittelbar mit dem anderen Ring zusammen, um die Abdichtung zu erreichen.
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Die Dichtungen können einen dünnen Flansch aufweisen, der durch Crimpen in einer Nut montiert ist, die an einem der Ringe des Lagers vorgesehen ist. Während des Crimpvorganges besteht jedoch ein Risiko, den Flansch zu deformieren und zu dezentrieren, was das zwischen dem Flansch und dem anderen Ring vorgesehene Radialspiel reduzieren kann. Das Wälzlager kann daher im montierten Zustand ein höheres Reibmoment haben, als anfänglich beabsichtigt.
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Um diesen Nachteil zu vermeiden, empfiehlt das
französische Patent 1 581 126 , die Kante des Flansches, die in der Nut des zugeordneten Ringes montiert wird, mit deformierbarem Material zu überziehen, um es einfacher zu machen, den Flansch einzufügen und auszurichten. Zusätzlich ermöglicht dies, die Dichtung in diesem Bereich zu perfektionieren.
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Nach diesem Dokument kann die entgegengesetzte Kante des Flansches dem anderen Ring zugewandt sein, um mittels eines schmalen Kanals eine Dichtung auszubilden, oder sie kann ebenfalls mit deformierbarem Material überzogen sein und gegen den Ring reiben.
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Im ersten Fall stellte sich heraus, dass die erhaltene Dichtung unter bestimmten Betriebsbedingungen ungenügend ist. Im Gegensatz dazu ist die zweite Lösung besonders wirksam in Bezug auf die Abdichtung, wird aber wahrscheinlich eine relativ große Menge an Energie benötigen. Weiterhin erzeugt die Reibung zwischen dem deformierbaren Material und dem zugeordneten Ring Wärme und kann einen Temperaturanstieg bewirken, der schädlich für das Wälzlager sein kann, insbesondere bei hoher Drehzahl und/oder unter hohen Lasten.
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Weiterhin birgt der Crimpvorgang auch das Risiko der Deformation des Ringes des Lagers, an welchem der Flansch eingefalzt wird. Lediglich wenige Mykrometer Deformation bewirken einen inakzeptablen Anstieg des inneren Spiels des Lagers und damit seines Niveaus an Vibration.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht folglich darin, diese Nachteile zu vermeiden.
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Eine weitere Zielsetzung der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Dichtung zu schaffen, die in der Lage ist, eine effektive Abdichtung zu erreichen, während die Energieverluste soweit wie möglich begrenzt werden.
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Eine weitere Zielsetzung der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Dichtung zu schaffen, die besonders einfach herzustellen und einzubauen ist.
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Schließlich besteht eine Zielsetzung der vorliegenden Erfindung darin, eine Dichtung zu schaffen, die für ein Wälzlager geeignet ist.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dichtung, die ausgebildet ist zur Montage zwischen zwei relativ zueinander um eine Achse drehbaren Elementen, insbesondere Ringen eines Wälzlagers. Die Dichtung besitzt einen Flansch und Dichtbereiche, die in der Lage sind, eine dynamische Dichtung mit einem der Elemente und eine statische Dichtung mit dem anderen Element auszubilden. Der statische Dichtbereich besitzt ein Dichtteil, das wenigstens teilweise ein erstes Ende eines Radialbereiches des Flansches umgibt. Der Flansch besitzt einen Rand, der sich von einem zweiten Ende des Radialbereiches radial entgegengesetzt von dem ersten Ende aus erstreckt und den dynamischen Dichtbereich bildet. Der Rand ist axial hervorstehend relativ zu dem Radialbereich des Flansches angeordnet und in der Lage, mit dem zugeordneten Element einen ringförmigen Raum zu begrenzen, der mit Schmiermitteln befüllbar ist.
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„Statische Dichtung” meint in diesem Zusammenhang die Dichtung, die zwischen Teilen ohne Relativbewegung hergestellt wird und „dynamische Dichtung” eine Dichtung zwischen zwei Teilen, die eine Relativbewegung aufweisen.
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Bei einer Ausführungsform liegt die Axialabmessung des Randes zwischen 2 und 10 mm.
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Der Rand kann sich axial oder geneigt erstrecken. Er kann auch eine Wellenform oder eine flache Form haben. Der Rand kann sich auf der Seite des zu schützenden Raumes erstrecken, d. h. auf der Seite der Wälzkörper, wenn er zwischen den Ringen des Wälzlagers montiert ist. Alternativ kann sich der Rand auch auf der dem zu schützenden Raum entgegenliegenden Seite erstrecken.
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Bei einer Ausführungsform besitzt der Flansch einen Axialbereich, der sich axial vom ersten Ende des Radialbereiches des Flansches erstreckt. Der Axialbereich ist vorzugsweise in das Dichtteil eingebettet. Das Dichtteil kann eine Querfläche des Radialbereiches des Flansches vollständig bedecken. Der Flansch kann aus Metall oder andernfalls aus Kunststoffmaterial bestehen.
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Die Erfindung betrifft auch ein Wälzlager, das Ringe, die relativ zueinander um eine Achse drehbar sind, Wälzkörper, die zwischen den Ringen angeordnet sind, und wenigstens eine Dichtung aufweist, wie sie zuvor beschrieben worden ist, die an einem der Ringe befestigt ist.
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Der Radialabstand, der den Rand und den zugeordneten, ihm zugewandten Ring trennt, liegt vorzugsweise zwischen 0,05 und 1 mm.
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Die vorliegende Erfindung wird durch das Studium der detaillierten Beschreibung von Ausführungsformen besser verständlich, die als nicht begrenzende Beispiele zu sehen und durch die beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Es zeigen:
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1: eine halbe Ansicht eines Axialschnittes des Wälzlagers gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
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2: eine Detailansicht aus 1 und
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3 bis 6: Detailansichten von Wälzlagern gemäß einer zweiten, dritten, vierten und fünften Ausführungsform der Erfindung.
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In 1 besitzt ein Wälzlager 10 mit einer Achse 12 einen Außenring 14, einen Innenring 16, eine Mehrzahl Wälzkörper 18, bei diesem Beispiel in Gestalt von Kugeln ausgebildet, und einen Käfig 20, um die gleichmäßige Beabstandung der Wälzkörper in Umfangsrichtung beizubehalten.
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An beiden gegenüberliegenden Seiten des Wälzlagers 10 ist eine ringförmige Dichtung 22, 24 vorgesehen, um den zu schützenden radialen Raum zu verschließen, der zwischen den Ringen 14, 16 existiert. Die Dichtungen 22, 24 sind einander identisch und zu einer radialen Mittelebene des Wälzlagers 10, die durch die Mitte der Wälzkörper 18 verläuft, symmetrisch.
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Der Außenring 14 besitzt eine axiale Außenfläche 14a, eine gestufte Bohrung 14b, zwei entgegengesetzte radiale Querflächen 14c und 14d und eine Laufbahn 14e mit einer Rille, die im Wesentlichen in der Mitte der Bohrung 14b ausgebildet ist und im Querschnitt ein konkaves Innenprofil besitzt, das für die Wälzkörper 18 geeignet ist, wobei die Laufbahn radial nach innen gerichtet ist. Der Außenring 14 besitzt auch zwei ringförmige Nuten 26, 28, die radial in Richtung der Außenseite von der Bohrung 14b ausgebildet sind, bzw. in der Nähe der Querflächen 14c und 14d. Die Nuten 26, 28 sind symmetrisch relativ zu der Mittelebene des Lagers, die durch die Mitte der Wälzkörper 18 verläuft.
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In ähnlicher Weise besitzt der Innenring 16 eine Bohrung 16a, eine axiale Außenfläche 16b, zwei entgegengesetzte radiale Querflächen 16c und 16d sowie eine Laufbahn 16e mit einer Rille, die im Wesentlichen in der Mitte der Außenfläche 16b ausgebildet ist und im Querschnitt ein konkaves Innenprofil besitzt, das für die Wälzkörper 18 geeignet ist, wobei die Laufbahn radial nach außen gerichtet ist. Die Querfläche 14c, 14d liegt im Wesentlichen in einer Radialebene, die die Querfläche 16c, 16d enthält.
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Der Außenring 14 und der Innenring 16 sind von massiver Beschaffenheit. „Ring massiver Ausbildung” bedeutet einen Ring, dessen Form man durch Bearbeitung mittels Zerspanen (Drehen, Schleifen) aus Röhren, Stangen oder geschmiedeten und/oder gewalzten Rohlingen erhält. Wie aus 2 besser zu erkennen ist, besitzt die Dichtung 22 einen Einsatz oder Flansch 30 in der Form einer starren ringförmigen Scheibe, an welcher ein flexibles Dichtteil 32 überspritzt oder aufvulkanisiert ist.
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Das Dichtteil 32 kann beispielsweise aus einem Nitritkautschuk oder einem anderen Elastomer bestehen. Er bildet einen äußeren Umfangsdichtbereich, der eine statische Dichtung mit dem Außenring 14 bildet. Das Dichtteil 32 wird mit Kraft in die Nut 26 des Außenrings 14 eingefügt, um die Dichtung 22 an dem Ring zu befestigen. In der Nut 26 passt das Dichtteil 32 in der Form zu der Nut, um Mittel zum Befestigen der Dichtung 22 an dem Außenring 14 zu bilden. Das Dichtteil 32 umgibt radial und axial den äußeren Rand des Flansches 30, so dass nur das Dichtteil 32 in Kontakt mit dem Außenring 14 ist. Dies fördert einen guten Halt der Dichtung 22 in seiner Stellung innerhalb der Nut 26 durch Montage unter Kraft und durch Reibung.
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Der Flansch 30 wird vorzugsweise aus Metall, beispielsweise aus Stahl durch Stanzen und Biegen eines Metallbleches hergestellt. Er kann auch aus rostfreiem Stahl oder aus Aluminium bestehen oder andernfalls aus einem Kunststoffmaterial, wie z. B. Polyamid. Der Flansch 30 besteht aus einem Stück. Er besitzt einen ringförmigen Radialbereich 34, der sich an einem äußeren Ende großen Durchmessers mittels eines ringförmigen Außenaxialbereiches 36 axial in Richtung der Innenseite des Lagers erstreckt. Das entgegengesetzte innere Ende kleinen Durchmessers des Radialbereiches 34 erweitert sich axial in Richtung der Innenseite durch einen Axialbereich oder axialen Innenrand 38, der eine axiale Abmessung im Wesentlichen gleich derer des Axialbereiches 36 besitzt. Der äußere Axialbereich 36 umgibt radial den inneren Axialrand 38.
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Der äußere Axialbereich 36 des Flansches ist axial und radial von dem Dichtteil 32 umgeben. Mit anderen Worten ist der Axialbereich 36 vollständig in letzteres eingebettet. Das Dichtteil 32 bedeckt auch teilweise das Ende großen Durchmessers der äußeren Querradialfläche 30a des Radialbereiches 34 des Flansches, der axial zur Außenseite des Wälzlagers 10 hin orientiert ist. Die Radialfläche 30a ist relativ zu den Radialflächen 14c, 16c des Außenringes 14 und Innenrings 16 axial um ein Stück in Richtung der Innenseite des Lagers zurückgesetzt.
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Der Innenrand 38 des Flansches erstreckt sich axial in Richtung der Innenseite in Richtung der Wälzkörper 18 von dem Ende kleinen Durchmessers des Radialbereiches 34 aus und bildet mit der Außenfläche 16b des Innenrings 16 einen ringförmigen engen Kanal oder Raum 40. Der Radialabstand, der die Außenfläche 16b der Bohrung von dem Rand 38 trennt, kann beispielsweise zwischen 0,05 und 1 mm liegen. Vorzugsweise beträgt der Radialabstand ungefähr 0,2 mm.
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Der Rand 38 bildet einen inneren Umfangsdichtbereich, der dem Dichtteil 32 radial entgegengesetzt liegt, und bildet eine dynamische Dichtung mit dem Innenring 16. Der Rand 38 ist axial durch eine innere Querradialfläche 38a begrenzt, die bei diesem Beispiel relativ zu dem Bereich des Dichtteils 32, der axial gegen die Nut 26 des Außenringes 14 drückt, axial in Richtung des Radialbereiches 34 versetzt ist. Der Rand 38, der relativ zu dem Radialbereich 34 des Flansches axial nach innen hervorsteht, ermöglicht es, die Axialabmessung des Bereiches des Flansches 30 zu vergrößern, der der Außenfläche 16b des Innenrings 16 zugewandt ist, und den Raum 40 auszubilden. Als Hinweis kann der Axialabstand, der die äußere Radialfläche 30a des Radialbereiches 34 und die innere Radialfläche 38a des Randes trennt, beispielsweise zwischen 2 und 10 mm liegen.
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Durch Erhöhen der Axialabmessung des Bereiches oder der Zone des Flansches, der radial der Außenfläche 16b des Innenrings 16 zugewandt ist, erhält man einen Raum 40, der sich axial über eine ausreichende Länge erstreckt, um gleichzeitig mit Schmiermittel gefüllt zu werden, wie z. B. Fett, und den Rückhalt dieses abgedichteten Haufens an Schmiermittel im Betrieb zu ermöglichen, um das Eindringen von verschmutzenden Substanzen in das Wälzlager 10 zu begrenzen. Genauer gesagt neigt das Schmiermittel, das zwischen dem freien Ende des Radialbereiches des Flansches und der Außenfläche des Innenrings vorhanden ist, bei einem Flansch, der den hervorstehenden Rand 38 relativ zu dem Radialbereich 34 nicht besitzt, dazu, zur Außenseite des Lagers herauszudrängen.
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Im Betrieb kann es der Rand 38 auch ermöglichen, durch eine Zentrifugalwirkung eine Rezirkulation des Schmiermittels zu erhalten, das in dem Wälzlager 10 vorhanden ist. Der Rand 38 fördert die Rezirkulation des Schmiermittels, das in dem Lager vorhanden ist, in Richtung des äußeren Randes des Flansches 30 und in Richtung des Außenrings 14, wenn sich der Ring dreht.
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Weiterhin wird der axiale Abstand, der die Radialbereiche der Flansche trennt, bei Dichtungen 22, 24, die mit Flanschen versehen sind, die einen äußeren Axialbereich aufweisen, der sich nach innen erstreckt, vergrößert, was es ermöglicht, den innerhalb des Lagers zur Verfügung stehenden Raum zu vergrößern, beispielsweise für die Montage des Lagers 20 und die Menge an Schmiermittel, das zwischen diesen Flanschen vorgesehen sein kann.
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Bei der in 3 dargestellten variierten Ausführungsform, bei welcher identische Elemente die selben Bezugszeichen tragen, besitzt der Flansch 30 der Dichtung 22 einen geneigten Bereich 42 oder Rand, der das Ende kleinen Durchmessers des Radialbereiches 34 erweitert. Der geneigte Bereich 42 erstreckt sich axial in Richtung der Innenseite des Lagers in die Richtung der Wälzkörper und radial in Richtung der Außenfläche 16b des Innenrings 16. Der geneigte Bereich 42 steht relativ zu dem Radialbereich 34 axial nach innen hervor und bildet mit der Außenfläche 16b einen engen Raum 44, der mit Schmiermittel gefüllt werden kann. Die Axialabmessung des zwischen der Innenkante des Flansches und dem Innenring gebildeten Raumes 44 ist in diesem Fall geringfügig größer als diejenige bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform. Die Ausrichtung des geneigten Bereiches 42 fördert die Rezirkulation des Schmiermittels innerhalb des Wälzlagers unter Zentrifugalwirkung, wenn sich der Außenring 14 dreht.
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Alternativ kann, wie in der Ausführungsform von 4 dargestellt ist, in welcher die identischen Elemente die gleichen Bezugszeichen tragen, das Ende kleinen Durchmessers des Radialbereiches 34 des Flansches 30 durch einen geneigten Bereich 46 oder Rand erweitert sein, der sich radial nach außen erstreckt und radial nach innen relativ zu dem Radialbereich 34 hervorsteht. In einer Weise ähnlich zu der vorher beschriebenen Ausführungsform begrenzt dieser Bereich mit der Außenfläche 16b des Innenrings 16 einen engen Durchtritt 48, der sich axial erstreckt.
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Bei einer weiteren, in 5 dargestellten Ausführungsform, in welcher identische Elemente dieselben Bezugszeichen tragen, ist es möglich, als Ersatz des Axialbereiches 38 der ersten Ausführungsform, einen Rand 50 vorzusehen, der sich im Wesentlichen axial nach innen erstreckt und eine Wellenform besitzt, die mit der Außenfläche 16b des Innnerings 16 einen wellenförmigen Raum 52 begrenzt, der sich axial erstreckt.
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Die in 6 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform lediglich dadurch, dass das Dichtteil 32 die äußere Radialfläche 30a des Radialbereiches 34 des Flansches bedeckt und den inneren Axialbereich 38 axial und radial umgibt, so dass dieser Bereich vollständig ummantelt ist. Diese Anordnung des Dichtteils 32, insbesondere an der Radialfläche 30a, ermöglicht es, den Flansch vor äußeren chemischen Angriffen zu schützen, wie z. B. Korrosion, welchen das Wälzlager ausgesetzt ist. Selbstverständlich könnte ein solches Dichtteil auch bei der zweiten, dritten und vierten beschriebenen Ausführungsform vorgesehen sein.
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Bei den dargestellten Ausführungsformen erstreckt sich der Rand des Flansches, der einen Bereich bildet, der axial relativ zu dem Radialbereich 34 des Flansches hervorsteht, auf der Innenseite des Wälzlagers 10, d. h. axial auf der Seite der Wälzkörper 18. Alternativ ist es möglich, diese Ränder so vorzusehen, dass sie relativ zu dem Radialbereich 34 in Richtung der Außenseite des Wälzlagers hervorstehen. Jedoch ermöglichen die dargestellten Ausführungsformen eine Rezirkulation des Schmiermittels innerhalb des Wälzlagers, wenn sich der Außenring 14 dreht. Die beschriebenen Wälzlager können eingesetzt werden, wenn sich einer der Ringe dreht, während der andere feststehend ist oder sich ebenfalls dreht.
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Bei den beschriebenen Ausführungsformen besitzen die Flansche der Dichtungen des Wälzlagers 10 statische und dynamische Dichtbereiche, die an äußeren bzw. inneren Umfangskanten des Flansches ausgebildet sind. Alternativ wäre es auch möglich, die statischen und dynamischen Dichtbereiche an den inneren bzw. äußeren Umfangskanten des Flansches vorzusehen.
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Die zuvor beschriebenen Wälzlager werden mit Dichtungen versehen, die Flansche aufweisen, die einen äußeren Axialbereich besitzen, der sich nach innen erstreckt, um so den Axialabstand zu erhöhen, der die Radialbereiche der Flansche trennt. Es ist jedoch auch möglich, ohne vom Gedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen, Dichtungen ohne solche äußeren Axialabschnitte vorzusehen.
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Bei den beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen werden die Dichtungen in Wälzlagern eingesetzt. Es ist jedoch auch möglich, solche Dichtungen in anderen Anwendungen durch Montage zwischen zwei Elementen einzusetzen, die sich relativ zueinander drehen können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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