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Ausführungsbeispiele beziehen sich auf Lager für bewegliche Maschinenteile und insbesondere auf ein Wälzlager mit integrierter Labyrinthdichtung.
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Im Maschinen- und Gerätebau werden Lager zum Führen gegeneinander beweglicher Bauteile verwendet. Diese Lager ermöglichen Bewegungen in erwünschten Richtungen und verhindern Bewegungen in unerwünschten Richtungen. Je nach angewandtem Wirkungsprinzip wird zwischen Gleit- und Wälzlagern unterschieden. Bei Wälzlagern befinden sich Wälzkörper zwischen den gegeneinander beweglichen Teilen.
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Bei Wälzlagern ist es für die Lebensdauer von entscheidender Bedeutung den Innenraum des Wälzlagers, in dem die Wälzkörper angeordnet sind, vor äußeren Umwelteinflüssen, wie Staub und Wasser, zu schützen. Umgekehrt sollen auch Schmiermittel am Austreten aus dem Wälzlager gehindert werden.
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Dafür sind verschiedene Dichtungssysteme bekannt, die sich je nach Art des Wälzlagers und den gestellten Anforderungen unterscheiden.
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Beispielsweise sind heutzutage Traktionsmotorlagereinheiten mit Rillenkugellagern oder Zylinderrollenlagern realisiert und auf Lebenszeit vorgeschmiert. Solche Lager können mit Hilfe von Dichtungskappen abgedichtet werden. In manchen Anwendungen ist die Abdichtfunktion von diesen Dichtungskappen nicht ausreichend und die Lagereinheit leidet unter dem Eintritt von Wasser und/oder Schmutz. Dies führt zu einer dramatischen Reduktion der Lagerlebensdauer. Zum Abdichten können beispielsweise auch doppelte Labyrinthdichtungen verwendet werden. Andere Möglichkeiten zur Abdichtung von Lagereinheiten sind beispielsweise die Verwendung von Gehäusen mit berührenden Dichtungen. Bei berührenden Dichtungen ist jedoch ein Verschleiß unvermeidlich, was zu einem hohen Wartungsaufwand führt.
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Alternativ können auch standardisierte Wälzlager bei Maschinen verwendet werden, bei denen die Dichtungssysteme durch die das Lager umgebenden Bauteile realisiert werden. Dadurch erhöht sich jedoch der Aufwand, den ein Hersteller von Maschinen oder Maschinenteilen aufwenden muss, da er selbst für die Abdichtung des Wälzlagers sorgen muss.
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Es besteht daher Bedarf ein Wälzlager zu schaffen, das geringen Wartungsaufwand und geringen Aufwand in der Weiterverwendung erfordert.
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Dieser Bedarf wird durch ein Wälzlager mit integrierter Labyrinthdichtung gemäß Anspruch 1 gedeckt.
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Ein Wälzlager mit integrierter Labyrinthdichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst einen Innenring, einen Außenring, Wälzkörper, eine Schleuderscheibe und eine Labyrinthdichtungsstruktur. Der Innenring ist mit einer Welle einer Maschine verbindbar und die Wälzkörper sind zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnet. Die Schleuderscheibe ist mit dem Innenring verbunden. Ferner ist die Labyrinthdichtungsstruktur mit dem Außenring verbunden und bildet gemeinsam mit der Schleuderscheibe eine Labyrinthdichtung. Die Labyrinthdichtungsstruktur bildet ferner alleine oder mit dem Außenring eine Fangrinne für flüssige und feste Verunreinigungen, wobei der Außenring und die Labyrinthdichtungsstruktur je eine Seitenfläche der Fangrinne bilden oder die Labyrinthdichtungsstruktur beide Seitenflächen der Fangrinne bildet. Die Schleuderscheibe umschließt die Labyrinthdichtungsstruktur in einem die Labyrinthdichtung bildenden Bereich von einem Rand der in axialer Richtung den Wälzkörpern abgewandten Seitenfläche der Fangrinne weg in einem die Labyrinthdichtung bildenden Abstand. Die Schleuderscheibe erstreckt sich dabei an einer den Wälzkörpern in axialer Richtung abgewandten Seite in radialer Richtung von dem Innenring bis zu einem maximalen radialen Durchmesser der Schleuderscheibe, der größer ist als ein Durchmesser des Rands der in axialer Richtung den Wälzkörpern abgewandten Seitenfläche der Fangrinne.
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Ausführungsbeispielen liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch die Integration einer berührungsfreien Labyrinthdichtung, die an einem Rand einer Fangrinne für Verunreinigungen geschützt durch eine Schleuderscheibe beginnt, eine sehr zuverlässige Dichtung gegen flüssige und feste Verunreinigungen realisiert werden kann, die bei der Weiterverwendung des Wälzlagers keinen zusätzlichen Aufwand mehr für die Montage einer externen Dichtung erfordert. Durch den guten Schutz gegen Verunreinigungen kann der Wartungsaufwand für das Wälzlager deutlich reduziert werden und durch die Integration der Labyrinthdichtung in das Wälzlager kann der Aufwand zum Verbau des Wälzlagers in Maschinenteilen oder Maschinen reduziert werden.
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Die Welle der Maschine, für die das Wälzlager verwendet wird, kann sehr einfach und kostengünstig hergestellt sein, da keine komplexen Formen notwendig sind, da die Dichtung des Wälzlagers bereits in das Wälzlager integriert ist. Die Welle braucht lediglich mit dem Innenring des Wälzlagers verbunden werden.
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Bei einigen Ausführungsbeispielen sind die Schleuderscheibe und der Innenring zweistückig ausgebildet und/oder die Labyrinthdichtungsstruktur und der Außenring sind zweistückig ausgebildet. Das Wälzlager kann dadurch aus einfach zu fertigenden Bauteilen zusammengebaut werden. Beispielsweise kann die Schleuderscheibe mit dem Innenring und/oder die Labyrinthdichtungsstruktur mit dem Außenring durch eine Presspassung verbunden werden.
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Einige Ausführungsbeispiele umfassen eine Fangkammer am Ende der durch die Labyrinthdichtungsstruktur und die Schleuderscheibe gebildeten Labyrinthdichtung. Der die Labyrinthdichtung bildende Bereich erstreckt sich also von dem Rand der durch die Labyrinthdichtungsstruktur gebildeten Seitenfläche der Fangrinne bis zu der Fangkammer. Die Fangkammer kann durch eine Rille in der Labyrinthdichtungsstruktur oder durch zwei sich zumindest teilweise gegenüberliegende Rillen in der Schleuderscheibe und in der Labyrinthdichtungsstruktur gebildet werden. Falls trotz Labyrinthdichtung noch Verunreinigungen in das Lager eindringen sollten, können diese in der Fangkammer gesammelt und abgeführt werden, wodurch sich die Zuverlässigkeit der Dichtfunktion nochmals erhöht.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend, bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren, näher erläutert. Diese zeigen:
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1a einen schematischen Querschnitt eines Wälzlager mit integrierter Labyrinthdichtung;
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1b eine Seitenansicht des Wälzlagers mit integrierter Labyrinthdichtung aus 1a;
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2 eine schematische Ansicht einer Unterseite eines Wälzlagers mit integrierter Labyrinthdichtung;
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3a einen schematischen Querschnitt eines Wälzlagers mit integrierter Labyrinthdichtung;
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3b eine Seitenansicht des Wälzlagers mit integrierter Labyrinthdichtung aus 3a;
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4a einen schematischen Querschnitt eines Wälzlagers mit integrierter Labyrinthdichtung; und
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4b eine Seitenansicht des Wälzlagers mit integrierter Labyrinthdichtung aus 4a.
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Im Folgenden können bei unterschiedlichen, beschriebenen Ausführungsbeispielen teilweise für Objekte und Funktionseinheiten, die gleiche oder ähnliche funktionelle Eigenschaften aufweisen, gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Ferner können zusammenfassende Bezugszeichen für Komponenten und Objekte verwendet, die mehrfach in einem Ausführungsbeispiel oder in einer Zeichnung auftreten, jedoch hinsichtlich eines oder mehrerer Merkmale gemeinsam beschrieben werden. Komponenten oder Objekte, die mit gleichen oder zusammenfassenden Bezugszeichen beschrieben werden, können hinsichtlich einzelner, mehrerer oder aller Merkmale, beispielsweise ihrer Dimensionierungen, gleich, jedoch gegebenenfalls auch unterschiedlich ausgeführt sein, sofern sich aus der Beschreibung nicht etwas anderes explizit oder implizit ergibt. Des Weiteren können optionale Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombinierbar oder zueinander austauschbar sein.
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1a zeigt ein Wälzlager 100 mit integrierter Labyrinthdichtung als ein Ausführungsbeispiel. Das Wälzlager 100 umfasst einen Innenring 110, einen Außenring 120, Wälzkörper 130, eine Schleuderscheibe 140 und eine Labyrinthdichtungsstruktur 150. Der Innenring 110 ist mit einer Welle einer Maschine verbindbar und die Wälzkörper 130 sind zwischen dem Innenring 110 und dem Außenring 120 angeordnet. Ferner ist die Schleuderscheibe 140 mit dem Innenring 110 verbunden. Die Labyrinthdichtungsstruktur 150 ist mit dem Außenring 120 verbunden und bildet gemeinsam mit der Schleuderscheibe 140 eine Labyrinthdichtung. Zusätzlich bildet die Labyrinthdichtungsstruktur 150 alleine oder mit dem Außenring 120 eine Fangrinne 152 für flüssige und feste Verunreinigungen. Dabei bilden der Außenring 120 und die Labyrinthdichtungsstruktur 150 je eine Seitenfläche der Fangrinne 152 oder die Labyrinthdichtungsstruktur 150 bildet beide Seitenflächen der Fangrinne 152. Die Schleuderscheibe 140 umschließt die Labyrinthdichtungsstruktur in einem die Labyrinthdichtung bildenden Bereich von einem Rand 154 der in axialer Richtung den Wälzkörpern 130 abgewandten Seitenfläche der Fangrinne 152 weg in einem die Labyrinthdichtung bildenden Abstand. Die Schleuderscheibe 140 erstreckt sich dabei an einer den Wälzkörpern 130 in axialer Richtung abgewandten Seite in radialer Richtung von dem Innenring 110 bis zu einem maximalen radialen Durchmesser der Schleuderscheibe 140, der größer ist als ein Durchmesser des Rands 154 der in axialer Richtung den Wälzkörpern 130 abgewandten Seitenfläche der Fangrinne 152.
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Durch die Integration der Labyrinthdichtung in das Wälzlager kann das Wälzlager 100 mit geringem Aufwand mit einer Welle einer Maschine verbunden werden. Ferner kann bereits durch die Ausbildung einer Fangrinne ein Großteil an flüssigen und festen Verunreinigungen vom Eindringen in die Labyrinthdichtung abgehalten werden. Dadurch, dass sich die Schleuderscheibe 140 von dem Innenring 110 bis zum Rand 154 der Seitenfläche der Fangrinne 152 um die Labyrinthdichtungsstruktur 150 erstreckt, kann beispielsweise ein direktes Auftreffen von Spritzwasser auf den Eingang der Labyrinthdichtung am Rand 154 der Seitenfläche der Fangrinne 152 verhindert werden. Auf diese Weise kann durch das beschriebene Konzept ein Wälzlager 100 zur Verfügung gestellt werden, das eine hohe Zuverlässigkeit der Dichtfunktion bei geringem Aufwand für den weiteren Verbau in Maschinen gewährleisten kann.
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Über den Innenring 110 ist das Wälzlager 100 mit einer Welle einer Maschine verbindbar. In anderen Worten, in dem Ausführungsbeispiel ist die Welle der Maschine nicht Teil des Wälzlagers 100. Das Wälzlager 100 stellt in diesem Beispiel eine abgeschlossene Einheit dar. Der Außenring 120 kann einen Flansch aufweisen, um das Wälzlager 100 an einem Maschinenteil zu befestigen.
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Wie bereits beschrieben, erstreckt sich die Schleuderscheibe 140 an einer den Wälzkörpern 130 in axialer Richtung abgewandten Seite in radialer Richtung von dem Innenring 110 bis zu einem maximalen radialen Durchmesser der Schleuderscheibe 140, der größer ist als ein Durchmesser des Rands 154 der Seitenfläche der Fangrinne 152. Der Durchmesser des Rands 154 kann ein mittlerer Durchmesser, ein maximaler Durchmesser oder ein Durchmesser, der in radialer Richtung in Richtung des maximalen Durchmessers der Schleuderscheibe 140 liegt, sein. Die axiale Richtung kann dabei als eine Richtung angesehen werden, die parallel zu einer Rotationsachse des Wälzlagers 100 (also um eine Achse um die der Innenring im Betrieb relativ zum Außenring rotiert) verläuft, wohingegen eine radiale Richtung orthogonal zur axialen Richtung ist. Die den Wälzkörpern 130 in axialer Richtung abgewandte Seite bildet beispielsweise, wie auch in 1a gezeigt, eine Außenfläche des Wälzlagers. Sie erstreckt sich von dem Innenring 110 bis zu einem Durchmesser, der größer ist als ein Durchmesser des Rands 154 der Seitenfläche der Fangrinne 152. Dadurch kann die Schleuderscheibe 140 vor allem Spritzwasser, aber auch andere Verunreinigungen, vom direkten Eintritt in das Wälzlager abhalten. Die Schleuderscheibe 140 kann einen variablen maximalen radialen Durchmesser aufweisen, bevorzugt weist die Schleuderscheibe 140 jedoch an ihrer den Wälzkörpern 130 in axialer Richtung abgewandten Seite eine kreisringförmige Geometrie auf. Dadurch weist die Schleuderscheibe 140 dann in radialer Richtung einen konstanten Überstand über den Rand 154 der Seitenfläche der Fangrinne 152 auf, um Spritzwasser abzuweisen und die Ausbildung der Fangrinne zu ermöglichen. In anderen Worten, die Schleuderscheibe 140 hat in radialer Richtung beispielsweise eine Kreisringgeometrie, deren Innendurchmesser im Wesentlichen (z.B. bis auf einen Unterschied für eine Presspassung) einem Außendurchmesser des Innenrings 110 entspricht und deren Außendurchmesser größer ist als ein Durchmesser des Rands 154 der in axialer Richtung den Wälzkörpern 130 abgewandten Seitenfläche der Fangrinne 152.
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Unter der in axialer Richtung den Wälzkörpern 130 abgewandten Seitenfläche der Fangrinne 152 ist jene der beiden Seitenfläche der Fangrinne 152 zu verstehen, die von den Wälzkörpern 130 in axialer Richtung weiter entfernt ist (also die außenliegende Seitenfläche).
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In dem in 1a gezeigten Beispiel ist der maximale radiale Durchmesser der Schleuderscheibe 140 optional auch größer als ein Innendurchmesser des Außenrings 120. Der maximale radiale Durchmesser der Schleuderscheibe 140 kann aber auch kleiner als ein Innendurchmesser des Außenrings 120 sein (4a).
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Die Labyrinthdichtungsstruktur 150 bildet alleine (4a) oder mit dem Außenring 120 (1a) eine Fangrinne 152 für Verunreinigungen. Dabei kann beispielsweise der Außenring 120 die den Wälzkörpern 130 in axialer Richtung zugewandte Seitenfläche der Fangrinne 152 bilden und die Labyrinthdichtungsstruktur 150 die den Wälzkörpern 130 in axialer Richtung abgewandte Seitenfläche der Fangrinne 152 bilden. Der Boden der Fangrinne 152 kann je nach Ausgestaltung durch den Außenring 120 oder die Labyrinthdichtungsstruktur 150 gebildet werden. Die Fangrinne 152 kann sich entlang eines Teils des Umfangs oder des gesamten Umfangs erstrecken. In anderen Worten, die Fangrinne 152 kann das Wälzlager 100 ringförmig umgeben. Die Seitenflächen der Fangrinne 152 können dabei im Wesentlichen radial ausgerichtet sein und die Bodenfläche der Fangrinne 152 kann im Wesentlichen axial ausgerichtet sein.
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Die Schleuderscheibe 140 und die Labyrinthdichtungsstruktur 150 bilden gemeinsam eine Labyrinthdichtung, die sich von einem Rand 154 der in axialer Richtung den Wälzkörpern 130 abgewandten Seitenfläche der Fangrinne 152 weg zwischen der Schleuderscheibe 140 und der Labyrinthdichtungsstruktur 150 erstreckt. Der Abstand zwischen der Schleuderscheibe 140 und der Labyrinthdichtungsstruktur 150 in dem die Labyrinthdichtung bildenden Bereich kann variieren oder konstant sein. Der Rand 154 der in axialer Richtung den Wälzkörpern 130 abgewandten Seitenfläche der Fangrinne 152 ist beispielsweise jene Kante der Labyrinthdichtungsstruktur 150 bis zu welcher sich die Seitenfläche der Fangrinne 152 von dem Boden der Fangrinne 152 in radialer Richtung erstreckt. Der Rand 154 der Seitenfläche der Fangrinne 152 kann einen variablen Radius aufweisen, bevorzugt ist der Radius jedoch konstant, so dass der Rand 154 eine kreisförmige Geometrie hat. Die Labyrinthdichtung beginnt im Wesentlichen am Rand 154 der Seitenfläche der Fangrinne 152, wenn die Schleuderscheibe 140 beispielsweise nicht weiter als 5 mm (oder 2 mm oder weniger) in axialer Richtung von dem Rand 154 entfernt beginnt. Beispielsweise kann ein Rand der Schleuderscheibe 140 und der Rand 154 der durch die Labyrinthdichtungsstruktur 150 gebildeten Seitenfläche der Fangrinne 152 in axialer Richtung zueinander ausgerichtet sein. Das heißt beispielsweise, dass der Rand der Schleuderscheibe 140 und der Rand 154 der Labyrinthdichtungsstruktur 150 in axialer Richtung keinen oder einen im Rahmen der Mess- und Fertigungstoleranzen vernachlässigbaren Abstand aufweisen. In radialer Richtung kann der Rand der Schleuderscheibe 140 von dem Rand 154 der Labyrinthdichtungsstruktur 150 einen den Anfang der Labyrinthdichtung bildenden Abstand von weniger als 5 mm (oder weniger als 2 mm, 1 mm oder weniger) aufweisen.
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Die Schleuderscheibe 140 und der Innenring 110 können einstückig oder auch zweistückig ausgebildet sein. Zusätzlich oder alternativ kann auch die Labyrinthdichtungsstruktur 150 und der Außenring 120 einstückig oder auch zweistückig ausgebildet sein. Sind die Schleuderscheibe 140 und der Innenring 110 ebenso wie die Labyrinthdichtungsstruktur 150 und der Außenring 120 zweistückig ausgebildet, kann das Wälzlager aus einfach herzustellenden Einzelbauteilen zusammengesetzt werden.
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Beispielsweise kann die Schleuderscheibe 140 mit dem Innenring 110 und/oder die Labyrinthdichtungsstruktur 150 mit dem Außenring 120 durch eine Presspassung miteinander verbunden werden. Alternativ können diese Teile beispielsweise auch durch Schrauben miteinander verbunden werden.
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Die Schleuderscheibe 140 und die Labyrinthdichtungsstruktur 150 können beispielsweise teilweise oder gänzlich aus einem Metall (z.B. Stahl) bestehen. Alternativ kann die Schleuderscheibe 140 und/oder die Labyrinthdichtungsstruktur 150 teilweise oder gänzlich aus einem Elastomer bestehen.
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Das Wälzlager 100 kann beispielsweise ein Rillenkugellager, ein Zylinderrollenlager oder ein Kegelrollenlager sein.
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Die Labyrinthdichtung kann sich von dem Rand 154 der in axialer Richtung den Wälzkörpern 130 abgewandten, durch die Labyrinthdichtungsstruktur 150 gebildeten Seitenfläche der Fangrinne 152 zuerst in im Wesentlichen axialer Richtung von den Wälzkörpern 130 weg, danach in im Wesentlichen radialer Richtung zu dem Innenring 110 hin und danach in im Wesentlichen axialer Richtung zu den Wälzkörpern 130 hin erstrecken. Der die Labyrinthdichtung bildende Bereich wird beispielsweise durch Form und Anordnung der Schleuderscheibe 140 und der Labyrinthdichtungsstruktur 150 bestimmt und wird zum Beispiel durch den Spalt zwischen der Schleuderscheibe 140 und der Labyrinthdichtungsstruktur 150 gebildet. Die Labyrinthdichtung, also der Bereich zwischen der Schleuderscheibe 140 und der Labyrinthdichtungsstruktur 150 kann unterschiedliche Geometrien aufweisen. Ein Teil der Labyrinthdichtung erstreckt sich im Wesentlichen in axialer Richtung, wenn die Ausdehnung des Spalts zwischen der Schleuderscheibe 140 und der Labyrinthdichtungsstruktur 150 in axialer Richtung deutlich größer (z.B. mehr als doppelt so groß, mehr als 5 mal so groß oder mehr als 10 mal so groß) als die Ausdehnung in radialer Richtung ist. Umgekehrt ist ein Teil der Labyrinthdichtung im Wesentlich radial ausgerichtet, wenn der Spalt zwischen Schleuderscheibe 140 und Labyrinthdichtungsstruktur 150 in radialer Richtung deutlich größer (z.B. mehr als doppelt so groß, mehr als 5 mal so groß oder mehr als 10 mal so groß) als in axialer Richtung ist. In anderen Worten, die Schleuderscheibe 140 umgibt die Labyrinthdichtungsstruktur 150 zumindest zuerst in axialer Richtung, dann in radialer Richtung und danach in entgegengesetzter axialer Richtung. Die Schleuderscheibe 140 kann dabei einen C-förmigen Querschnitt aufweisen. Dabei hat die C-förmige Struktur beispielsweise im Wesentlichen axial ausgerichtete Seitenflächen und eine im Wesentlichen radial ausgerichtete, die Seitenflächen verbindende Fläche. Die Seitenflächen können dabei gleich lang oder unterschiedlich sein (wie z.B. in 1a und 3a).
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Im Betrieb kann im radial ausgerichteten Teil der Labyrinthdichtung durch die Fliehkraft ein Großteil der Verunreinigungen daran gehindert werden, weiter in das Lager einzudringen. Daher kann der radiale Teil der Labyrinthdichtung länger ausgebildet werden, als jeweils die beiden axial ausgerichteten Teile der Labyrinthdichtung, um den Fliehkrafteffekt stärker zu nutzen.
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Eine Labyrinthdichtung weist beispielsweise zumindest zwei im Wesentlichen axial ausgerichtete Abschnitte und einen die axial ausgerichteten Abschnitte verbindenden im Wesentlichen radial ausgerichteten Abschnitt oder zwei im Wesentlichen radial ausgerichtete Abschnitte und einen die radial ausgerichteten Abschnitte verbindenden im Wesentlichen axial ausgerichteten Abschnitt auf. Die Labyrinthdichtung kann optional eine oder mehrere weitere radial oder axial ausgerichtete Abschnitte umfassen.
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Optional kann sich der die Labyrinthdichtung bildende Bereich von dem Rand 154 der in axialer Richtung den Wälzkörpern 130 abgewandten, durch die Labyrinthdichtungsstruktur 150 gebildeten Seitenfläche der Fangrinne 152 bis zu einer Fangkammer 160 erstrecken. Die Fangkammer 160 kann durch eine Rille 162 in der Labyrinthdichtungsstruktur 150 oder durch zwei sich zumindest teilweise gegenüberliegenden Rillen 162, 164 in der Schleuderscheibe 140 und in der Labyrinthdichtungsstruktur 150 gebildet werden. In anderen Worten, unabhängig von der Geometrie der Labyrinthdichtung kann sich der Abstand zwischen der Schleuderscheibe 140 und der Labyrinthdichtungsstruktur 150 am Ende der Labyrinthdichtung deutlich vergrößern (z.B. auf mehr als das Doppelte, mehr als das Fünffache oder mehr als das Zehnfache), so dass sich eine Fangkammer 160 zwischen der Schleuderscheibe 140 und der Labyrinthdichtungsstruktur 150 bildet. In der Fangkammer 160 können Verunreinigungen, die trotz der Labyrinthdichtung bis ans Ende der Labyrinthdichtung vordringen, aufgefangen und abgeführt werden. Die Fangkammer 160 kann dadurch gebildet werden, dass in der Schleuderscheibe 140 und/oder in der Labyrinthdichtungsstruktur 150 eine Rille 162, 164 angeordnet ist. Es ist ausreichend, eine Rille in einem der beiden Bauteile auszubilden, jedoch kann der Effekt der Fangkammer erhöht werden, wenn die Rillen in beiden Bauteilen angeordnet sind. Die Rillen können sowohl in axialer als auch in radialer Richtung gleich groß oder unterschiedlich groß sein und können sich teilweise oder gänzlich gegenüberliegen.
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Optional oder zusätzlich kann die Schleuderscheibe 140 und die Labyrinthdichtungsstruktur 150 durch ihre Form und Anordnung zwischen der Fangkammer 160 und den Wälzkörpern 130 eine weitere Labyrinthdichtung bilden. Dadurch kann einerseits verhindert werden, dass Verunreinigungen aus der Fangkammer tiefer in das Lager 100 eindringen können und andererseits Schmierstoff aus dem Lager 100 in die Fangkammer austreten kann.
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Alternativ kann die weitere Labyrinthdichtung auch durch Form und Anordnung des Innenrings 110 und des Außenrings 120 (oder durch den Innenring und die Labyrinthdichtungsstruktur 150 oder durch den Außenring 120 und die Schleuderscheibe 140) gebildet werden.
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Ferner kann der Boden der Fangrinne 152 optional oder zusätzlich ein Loch 156 zu der zwischen der Labyrinthdichtung und den Wälzkörpern 130 angeordneten Fangkammer 160 aufweisen, um ein Ausfließen von Wasser aus der Fangkammer 160 zu ermöglichen. Das Wälzlager 100 sollte dann beim Einbau in das dafür vorgesehene Maschinenteil oder die Maschine so eingebaut werden, dass das Loch 156 nach unten orientiert (an der tiefsten Stelle) angeordnet ist, so dass durch die Schwerkraft Wasser von selbst in der ringförmigen Fangkammer 160 zu dem Drainageloch rinnt und dort aus dem Wälzlager 100 austritt. 2 zeigt dazu beispielhaft eine Ansicht des Wälzlagers 100 von unten bei dem beidseitig Löcher 156 in den Fangrinnen vorgesehen sind.
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Optional, alternativ oder zusätzlich kann die Schleuderscheibe 140 ein zu dem Rand 154 der in axialer Richtung den Wälzkörpern 130 abgewandten, durch die Labyrinthdichtungsstruktur 150 gebildeten Seitenfläche der Fangrinne 152 hin in Bezug auf die radiale Richtung ein abgeschrägtes Ende 142 aufweisen. In anderen Worten, die Schleuderscheibe 140 kann an einem dem Rand 154 der Fangrinne 152 zugewandten Ende eine Abschrägung mit einem beliebigen Winkel (z.B. zwischen 30° und 60°), insbesondere 45°, zur radialen Richtung (oder zur axialen Richtung) aufweisen. Durch das abgeschrägte Ende kann eine parallel zur radialen Richtung verlaufende Fläche am Ende der Schleuderscheibe 140, also am Beginn der Labyrinthdichtung, verhindert werden, an der Spritzwasser anhaftet und in den Spalt der Labyrinthdichtung laufen kann.
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Optional, zusätzlich oder alternativ kann der Außenring/Innenring 120, 110 oder die Labyrinthdichtungsstruktur/Schleuderscheibe 150, 140 eine Nut aufweisen. Zwischen dem Außenring/Innenring 120, 110 und der Labyrinthdichtungsstruktur/Schleuderscheibe 150, 140 kann dann in der Nut ein O-Ring 158 angeordnet werden, um einen Eintritt von Verunreinigungen zwischen dem Außenring/Innenring 120, 110 und der Labyrinthdichtungsstruktur/Schleuderscheibe 150, 140 in das Wälzlager 100 zu verhindern.
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Optional kann eine Schleuderscheibe 140 und eine Labyrinthdichtungsstruktur 150 entsprechend dem beschriebenen Konzept symmetrisch oder in unterschiedlicher Geometrie auf beiden Seiten des Wälzlagers 100 angeordnet werden.
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1b zeigt passend zu 1a eine Seitenansicht des Wälzlagers 100 mit integrierter Labyrinthdichtung. Die Position des in 1a gezeigten radialen Querschnitts ist mit A-A gekennzeichnet.
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3a zeigt einen schematischen Querschnitt eines Wälzlagers 200 mit integrierter Labyrinthdichtung als ein Ausführungsbeispiel. Das Wälzlager 200 entspricht in vielen Details dem in 1a gezeigten Wälzlager. Jedoch ist im Gegensatz zu dem in 1a beispielhaft gezeigten Rillenkugellager in 3a ein Zylinderrollenlager gezeigt. Da das Zylinderrollenlager meist ein größeres axiales Spiel aufweist, kann dies auch bei der Form und Anordnung der Schleuderscheibe 140 und der Labyrinthdichtungsstruktur 150 berücksichtigt werden. Beispielsweise kann ein Abstand zwischen der Schleuderscheibe 140 und der Labyrinthdichtungsstruktur 150 in dem axialen Abschnitt der Labyrinthdichtung kleiner sein als in dem radialen Abschnitt. Der Abstand zwischen der Schleuderscheibe 140 und der Labyrinthdichtungsstruktur 150 kann dann in dem radialen Abschnitt größer gebildet werden als eine durch das axiale Spiel des Zylinderrollenlagers auftretende maximale axiale Relativbewegung der Schleuderscheibe 140 und der Labyrinthdichtungsstruktur 150 zueinander. Dadurch können sich die Schleuderscheibe 140 und die Labyrinthdichtungsstruktur 150, die mit je einem Lagerring verbunden sind, relativ zueinander bewegen, so dass es trotz axialem Spiel des Zylinderrollenlagers zu keiner Berührung zwischen der Schleuderscheibe 140 und der Labyrinthdichtungsstruktur 150 kommt und Beschädigungen verhindert werden können.
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Das Konzept kann auch bei anderen Lagertypen zum Ausgleich des axialen Spiels verwendet werden.
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Zusätzlich zu den hier gemachten Ausführungen gelten die zu dem Wälzlager in 1a und 2 gemachten Ausführungen zu notwendigen, optionalen, zusätzlichen oder alternativen Ausführungsformen und Realisierungsmöglichkeiten.
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3b zeigt passend zu 3a eine Seitenansicht des Wälzlagers 200 mit integrierter Labyrinthdichtung. Die Position des in 3a gezeigten radialen Querschnitts ist mit A-A gekennzeichnet.
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4a zeigt einen schematischen Querschnitt eines Wälzlagers 300 mit integrierter Labyrinthdichtung als ein Ausführungsbeispiel. Das Wälzlager 300 entspricht in vielen Details dem in 1a und/oder 3a gezeigten Wälzlager. Jedoch ist im Gegensatz zu dem in 1a beispielhaft gezeigten, dass der maximale radiale Durchmesser der Schleuderscheibe 140 auch kleiner als ein Innendurchmesser des Außenrings 120 sein kann. Zusätzlich kann die Fangrinne 152 auch allein durch die Labyrinthdichtungsstruktur 150 gebildet werden kann. Dabei können beide Seitenflächen der Fangrinne 152 durch die Labyrinthdichtungsstruktur 150 gebildet werden. Ferner kann optional oder zusätzlich die Fangkammer 160 durch eine Rille 162 in der Labyrinthdichtungsstruktur 150 (ohne gegenüberliegender Rille in der Schleuderscheibe) gebildet werden kann.
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Zusätzlich zu den hier gemachten Ausführungen gelten die zu dem Wälzlager in 1a, 3a und 2 gemachten Ausführungen zu notwendigen, optionalen, zusätzlichen oder alternativen Ausführungsformen und Realisierungsmöglichkeiten.
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4b zeigt passend zu 4a eine Seitenansicht des Wälzlagers 300 mit integrierter Labyrinthdichtung. Die Position des in 4a gezeigten radialen Querschnitts ist mit A-A gekennzeichnet.
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Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Herstellungsverfahren für ein Wälzlager mit integrierter Labyrinthdichtung. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen eines Innenrings 110, eines Außenrings 120, von Wälzkörpern 130, einer Schleuderscheibe 140 und einer Labyrinthdichtungsstruktur 150. Der Innenring 110 ist mit einer Welle einer Maschine verbindbar. Ferner umfasst das Verfahren ein Zusammenfügen des Innenrings 110, des Außenrings 120, der Wälzkörper 130, der Schleuderscheibe 140 und der Labyrinthdichtungsstruktur 150, um das Wälzlager mit integrierter Labyrinthdichtung herzustellen. Dabei wird unter anderem der Innenring 110 mit der Schleuderscheibe 140, zum Beispiel durch Presspassung, verbunden und die Labyrinthdichtungsstruktur 150 mit dem Außenring 120, zum Beispiel ebenfalls mit Presspassung, verbunden. Ferner ist die Labyrinthdichtungsstruktur 150 so ausgebildet und angeordnet und das Wälzlager zusammengefügt, so dass die Labyrinthdichtungsstruktur 150 gemeinsam mit der Schleuderscheibe 140 eine Labyrinthdichtung bildet. Ferner bildet die Labyrinthdichtungsstruktur 150 alleine oder mit dem Außenring 120 eine Fangrinne 152 für flüssige und feste Verunreinigungen. Dabei bilden der Außenring 120 und die Labyrinthdichtungsstruktur 150 je eine Seitenfläche der Fangrinne 152 oder die Labyrinthdichtungsstruktur 150 bildet beide Seitenflächen der Fangrinne (152). Die Schleuderscheibe 140 umschließt die Labyrinthdichtungsstruktur 150 in einem die Labyrinthdichtung bildenden Bereich von einem Rand 154 der in axialer Richtung den Wälzkörpern 130 abgewandten Seitenfläche der Fangrinne 152 weg in einem die Labyrinthdichtung bildenden Abstand. Die Schleuderscheibe 140 erstreckt sich dabei an einer den Wälzkörpern 130 in axialer Richtung abgewandten Seite in radialer Richtung von dem Innenring 110 bis zu einem maximalen radialen Durchmesser der Schleuderscheibe 140, der größer ist als ein Durchmesser des Rands 154 der in axialer Richtung den Wälzkörpern (130) abgewandten Seitenfläche der Fangrinne 152.
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Optional können zuvor zu den Beispielen in 1a bis 3a beschriebene optionale oder zusätzliche Ausführungsformen durch das Herstellungsverfahren realisiert werden, indem zu den strukturellen Ausführungen entsprechende optionale oder zusätzliche Verfahrensschritte dem Herstellungsverfahren hinzugefügt werden.
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Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Traktionsmotorlagereinheit mit verbesserter Labyrinthdichtung. Beispielsweise ist dieser Traktionsmotor mit einem Wälzlager mit integrierter Labyrinthdichtung nach dem zuvor beschriebenen Konzept ausgestaltet. Dies realisiert eine verbesserte Labyrinthdichtung, insbesondere eine flüssigkeitssammelnde Labyrinthdichtung, welche in eine Traktionsmotorlagereinheit integriert werden kann.
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Die Lagereinheit kann beispielsweise zur Stützung von Rotoren von Elektromotoren, insbesondere Traktionsmotoren, verwendet werden. Das Lager kann beispielsweise ein Vollstahllager, ein INSOCOAT-Lager (Lager mit isolierender Beschichtung an Innen- oder Außenring) oder ein Hybridlager sein.
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Die Lagereinheit kann durch eine integrierte, berührungsfreie Labyrinthdichtung abgedichtet werden. Das Dichtungssystem kann beispielsweise aus zwei Teilen aufgebaut sein und in drei Zonen (eine Eingangsbereich, eine optionale Innenbereich und eine optionale Ausgangsbereich) geteilt sein.
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Der Eingangsbereich kann beispielsweise eine Fangrinne (Labyrinthdichtungsstruktur oder/und Teil des Außenrings) aufweisen, wo das Wasser abgewiesen werden kann und abfließen kann. Zusätzlich kann der Eingangsbereich eine gekrümmte Schleuderscheibe aufweisen, welche den Dichtungseingang vor direktem Wassereintritt schützen kann und das Wasser wegspritzt. Auf der Schleuderscheibe kann beispielsweise eine Abschrägung angeordnet sein, die beispielsweise so groß wie möglich sein soll (z.B. 45° in Bezug auf eine radiale Richtung). Zusätzlich kann die Schleuderscheibe zu der Fangrinne ausgerichtet sein. Dem ersten axialen Spalt (zum Drosseln des Wassers verwendet) folgt ein radialer Spalt, der Wasser zurückpumpen kann, und es folgt wiederum ein axialer Spalt. Der Innenbereich ist beispielsweise eine Fangkammer mit einer Fangrinne (Rille) im rotierenden (Schleuderscheibe) und/oder im nichtrotierenden Teil (Labyrinthdichtungsstruktur). Ferner kann an der tiefsten Position der Lagereinheit ein Drainageloch (mit unterschiedlichen möglichen Formen, z.B. rundes Loch, längliches Loch) an der Position des nichtrotierenden Teils vorgesehen sein. Der Ausgangsbereich kann einen weiteren axialen und radialen Spalt aufweisen, wo das verbleibende Wasser gedrosselt und zurückgepumpt werden kann. Zusätzlich oder optional kann der rotierende und/oder nichtrotierende Teil (Labyrinthdichtungsstruktur bzw. Schleuderscheibe) mit einem O-Ring abgedichtet sein, um ein Wasserleck zu verhindern.
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Durch die Verhinderung von Wassereintritt können die Lagerserviceintervalle deutlich vergrößert werden, was heißt, dass der Betreiber die Servicekosten reduzieren oder Servicekosten sparen kann. Ein Vorteil des beschriebenen Konzepts ist z.B., dass es (das Wälzlager) dennoch eine Einheit ist und beispielsweise keine zusätzlichen Dichtungen notwendig sind. Wenn eine Ausführungsvariante mit Innenbereich verwendet wird, ist es fast unmöglich, dass Wasser in das Lager eindringt, und das Wasser kann durch das Drainageloch aus dem Lager fließen. Wenn eine Ausführungsvariante ohne Drainageloch verwendet wird, kann Wasser, welches bereits eingedrungen ist, nicht mehr so einfach aus dem Lager entfernt werden, dennoch kann die Dichtfunktion besser als bei bekannten Lösungen sein.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und in den Zeichnungen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.
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Obwohl manche Aspekte der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung eines entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschritts zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details bzw. Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.
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Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele präsentiert wurden, beschränkt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Wälzlager
- 110
- Innenring
- 120
- Außenring
- 130
- Wälzkörper
- 140
- Schleuderscheibe
- 142
- abgeschrägtes Ende der Schleuderscheibe
- 150
- Labyrinthdichtungsstruktur
- 152
- Fangrinne
- 154
- Rand der Seitenfläche des Fangrinne
- 156
- Drainageloch
- 158
- O-Ring
- 160
- Fangkammer
- 162
- Rille in der Labyrinthdichtungsstruktur
- 164
- Rille in der Schleuderscheibe
- 170
- weitere Labyrinthdichtung
- 200
- Wälzlager
- 300
- Wälzlager
