DE3605477A1

DE3605477A1 - Waelzlager mit ausbaubarer, unter waermeeinwirkung dehnbarer und zusammenziehbarer dichtung

Info

Publication number: DE3605477A1
Application number: DE19863605477
Authority: DE
Inventors: Thorn W. Berlin Conn. Dickingson; Gilbret W. Southington Conn. Geiger
Original assignee: Torrington Co
Current assignee: Timken US LLC
Priority date: 1985-04-18
Filing date: 1986-02-20
Publication date: 1986-10-23
Also published as: GB2173866A; GB8602367D0; CA1242238A; JPS61244922A; JPH0710557U; US4588312A; GB2173866B; JP2532831Y2

Description

Telefon: (O 89) 4 70 60 55/56 Telex: 523016 Telegramm / cable: Zetapatent® München

Postfach 8013 69 Lucile-Grahn-Straße 38 D-8000 München 80 lians-dürgeii Müller Gerhard D. Schupfner Hans-Peter Gauger Patentanwälte European Patent Attorneys Mandataires en brevets europeens

20. Februar 3351. PT-DE

1986 HJM/Sm

The Torrington Company

Torrington

Connecticut

USA

Wälzlager mit ausbaubarer, unter Wärmeeinwirkung dehnbarer und zusammenziehbarer Dichtung

Telefon: (0 89) 4 70 60 55/56 Telex: 5 23016
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^: 8 6 O 5 ⁷I 77

Hans-Jürgen Müller Gerhard D. Schupfner Hans-Peter Gauger Patentanwälte European Patent Attorneys Mandataires en brevets europeens

Wälzlager mit ausbaubarer, unter Wärmeeinwirkung dehnbarer und zusammenziehbarer Dichtung

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager, insbesondere einen verbesserten ausbaubaren Dichtungsring zur Verwendung zwischen relativ zueinander umlaufenden Teilen wie dem inneren und dem äußeren Laufring eines Wälzlagers.

Es wurde bereits versucht, die Dichtungen von Lagern zu vereinfachen und die entstehenden Gesamtkosten zu senken. Bei einem solchen Versuch wird eine Dichtungskonstruktion vorgeschlagen, die drei Teile zur Einführung in eine Dichtungsaufnahmenut von inneren und äußeren Lagerlaufringen umfaßt. Die Dichtungsteile sind ein unbiegsamer ringförmiger Stützring, ein unbiegsamer ausbaubarer Klemmring und ein zwischen diesen beiden Ringen unter Kompression gehaltener, elastisch-nachgiebiger ringförmiger Dichtungsring, der mit einem inneren Lagerlaufring in Gleitkontakt liegt. Eine derartige Dichtung ist in der eigenen US-PS 4 333 694 angegeben.

Eine weitere Dichtung der hier betroffenen Art ist in der eigenen US-PS 3 994 545 gezeigt. Dort ist eine zweiteilige Dichtungsendkappe für ein Wälzlager angegeben, wobei ein ringförmiges elastomeres Dichtungselement aus einem elastischnachgiebigen Werkstoff mit einem metallischen Formteil verbunden ist. Das Dichtungselement befindet sich in Dichtkontakt

mit einem zylindrischen Steg des inneren Laufrings, und das metallische Formteil weist eine verformbare äußere Befestigungsvorrichtung auf, die in eine Nut im äußeren Laufring einsetzbar ist.

Dichtungen der vorgenannten Art sind zwar gut geeignet, um Schmiermittel im Lager zu halten und das Eindringen von Verunreinigungen zu verhindern; ihre Konstruktion umfaßt jedoch verschiedene Einzelteile in einer zusammengesetzten Dichtungsbaugruppe, was in hohen Herstellungskosten resultiert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Bereitstellung eines verbesserten Lagerdichtrings von wesentlich vereinfachter Konstruktion, der insbesondere für die kostengünstige Fertigung, das Halten von Schmiermittel im Lager und den Schutz gegenüber dein Eindringen von Verunreinigungen geeignet ist. Dabei soll ferner ein verbeserter Lagerdichtring angegeben werden, der für Massenfertigungsverfahren geeignet ist und gleichzeitig unter Hochgeschwindigkeits- und/oder Extremtemperatur-Arbeitsbedingungen eine lange Standzeit hat; der Dichtungsring soll dabei unter Wärmeeinwirkung dehnbar und wieder zusammenziehbar sein und die erforderliche Elastizität zur Absorption und zum Ausgleich von unerwünschtem Spiel des Dichtungsringendes und von Fehlausrichtung innerhalb einer Haltenut des Lagerlaufrings unter Aufrechterhaltung einer wirksamen Abdichtung aufweisen; ferner soll der Dichtungsring als kostengünstige Konstruktion ausgeführt sein, die einen einfacheren und wirksameren Aus- und Wiedereinbau bei der Inspektion und Wartung des Lagers erlaubt.

Die vorgenannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch einen Dichtungsring mit einer Vielzahl von elastischen Haltevorsprüngen, die von einem ringförmigen Rand vorspringen und in einer Haltenut eines äußeren Lagerlaufrings mit Kompression beaufschlagt werden, so daß eine formschlüssige Abdichtung an den Dichtflächen des inneren und des äußeren Lagerlaufrings aufrechterhalten werden kann.

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Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 teilweise weggebrochen und teilweise im Querschnitt ein Wälzlager und einen Lagerdichtring gemäß der Erfindung; ^:

Fig. 2 teilweise im Querschnitt einen vergrößerten Ausschnitt des Lagerdichtrings von Fig . 1;

Fig. 3 teilweise weggebrochen eine Endansicht einer aus Wälzlager und Dichtring bestehenden Baugruppe gemäß Fig. 1 ;

Fig. 4 eine Profilansicht eines Ausschnitts einer anderen Ausführungsform des Lagerdichtrings nach der Erfindung;

Fig. 5 eine Profilansicht eines Ausschnitts einer weiteren Ausführungsform des Lagerdichtrings nach der Erfindung; und

Fig. 6 eine den Fig. 4 und 5 ähnliche Profilansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Ein Wälzlager 1 nach Fig. 1 umfaßt einen inneren Laufring 10 und einen äußeren Laufring 11 aus Stahl oder einer anderen gehärteten Legierung mit dazwischen angeordneten Rollkörpern in Form von Kugeln 12, die in entsprechenden Rollbahnen 13 und 14 der Ringe 10 und 11 abrollen. Ein einstückiger spritzgegossener Kunststoffkäfig (nicht gezeigt) mit Haltefingern für die Kugeln kann dazu dienen, einen Satz Kugeln 12 in gleichmäßigen Abständen voneinander in den Rollbahnen 13 und 14 zu halten. Die beiden axialen Enden des Lagers können mit einem Dichtungsring bzw. einer Dichtungskappe 30 gemäß der Erfindung abgeschlossen und abgedichtet sein.

Wie Fig. 1 zeigt, ist der Dichtungsring 30 in einer Befestigungsausnehmung gesichert, die durch einen radialen Schulterabschnitt 15 und eine Nut 16 mit kontinuierlich gewölbtem Profil im äußeren Laufring 11 begrenzt ist. Die Nut 16 endet über

eine Rampe 17, die in einen Steg 18 übergeht, an einem axialen Ende des äußeren Laufrings 11. Bei dem gezeigten Lager 1 ist die Rampe 17 durch eine Gegenkrümmung der Vorzugskrümmung der Nut 16 definiert, und diese Gegenkrümmung setzt sich bis zum Kontakt mit dem Steg 18 fort. Die Schulter 15 bildet eine Fläche für den Dichtkontakt mit der Endfläche 33 des Dichtungsrings 30.

Axiale Enden des inneren Laufrings 10 sind ausgefräst und definieren eine in Axialrichtung verlaufende schräge Dichtfläche 20, die von einem zylindrischen Steg 22 und einer mit dem Steg 2 2 konzentrischen Schulter 23 begrenzt ist. Bevorzugt verläuft die Dichtfläche 20 unter einem Winkel von ca. 60° in bezug auf die Schulter 23 des inneren Laufrings 10.

Der Dichtungsring 30 ist in die um den Umfang verlaufende Haltenut 16 einsetzbar und wird von dem äußeren Lagerlaufring 11 so zusammengedrückt, daß die Dichtflächen 37 und 33 des Dichtungsrings in umfangsmäßig kontinuierlichem und in Axialrichtung verlaufendem Dichtkontakt mit schrägen Dichtflächen 20 des inneren Laufrings 10 bzw. in umfangsmäßig kontinuierlichem Dichtkontakt mit der radialen Schulter 15 des äußeren Laufrings 11 liegen.

Insbesondere ist dabei der einstückige Dichtungsring 30 vollständig aus thermoplastischen oder duroplastischen Werkstoffen oder anderen ähnlichen elastischen, verschleiß- und verschmutzungsbeständigen Kunststoffen gefertigt. Derartige Kunststoffe können als festigkeitserhohende Bestandteile auch Pasern aus z. B. Kohlenstoff, "Kevlar" und Glas enthalten. Diese Werkstoffe und der nachstehend beschriebene Aufbau des Dichtungsrings machen die üblicherweise verwendeten metallischen Einsatzstücke bekannter Dichtungen vollständig überflüssig, so daß der Dichtungsring 30 in einfacher Weise durch ein geeignetes, schnelles und unschwieriges Formverfahren, etwa durch Spritzgießen, herstellbar ist.

Wie am besten aus den Fig. 2 und 3 hervorgeht, hat der Dichtungsring 30 einen zentralen ringförmigen Körper 32 mit im wesentlichen Viereckquerschnitt. Der Körper 32 hat einen damit einstückigen Rand 36 verringerter Dicke, der angrenzend an einen Innendurchmesser des Dichtungsrings 30 in einem Druckstück 37 endet, das eine Ringfläche 37A hat, die elastisch vorgespannt in Gleitkontakt an der schrägen Dichtfläche 20 des inneren Tragrings 10 anliegt. Um den vorstehend beschriebenen formschlüssigen Dichtkontakt mit den Dichtflächen 20 und 15 des inneren bzw. des äußeren Rings 10 bzw. 11 aufrechtzuerhalten, ist auf dem Außenrand des Dichtungsrings 30 eine Vielzahl von Ringhaltefingern bzw. -vorsprüngen 34 vorgesehen.

Jeder Ringhaltevorsprung 34 verläuft vom Körper 32 des Dichtrings nach außen, und zwar bevorzugt unter einem Winkel zu einer vom Mittelpunkt des Dichtungsrings 30 ausgehenden radialen Strecke, so daß bei Aufweitung des Dichtungsrings 30 z. B. unter Hochtemperatur-Bedingungen die Rxnghaltevorsprunge 34, die an dem die Nut 16 umschließenden äußeren Laufring 11 anliegen, sich biegen und nach radial innen in Richtung auf den ringförmigen Körper 32 zusammengepreßt werden, ohne daß die Elastizitätsgrenze überschritten wird, wodurch die Auswirkungen dieser wärmebedingten Ausdehnung ausgeglichen werden. Ein bevorzugter Vorspring-Winkel beträgt ca. 45° vom Körper 32; wegen der natürlichen Flexibilität der Konstruktion ist es jedoch selbstverständlich möglich, den Winkel der Vorsprünge 34 entsprechend dem Anwendungsgebiet des Lagers oder nach Maßgabe irgendwelcher Bedingungen, unter -lenen das Lager arbeitet, zu ändern. Ferner sind die Vorsprünge 34 bevorzugt auf dem Umfang des Körpers 32 um jeweils 4° voneinander beabstandet vorgesehen (bei der Ausführungsform nach den Fig. 1-3).

Bei der Montage werden die Vorsprünge 34 des Dichtungsrings unter der Lippe 18 in die Nut 16 geschoben. Um ein Zusammenpressen der Vorsprünge 34 durch den äußeren Ring 11 sicherzustellen, ist der größte Außendurchmesser des Dichtungsrings 30, wie er insgesamt durch die Vorsprünge 34 definiert ist,

größer als der Durchmesser der Nut 16, so daß der Dichtungsring 3 0 sicher in seiner Lage gehalten und die Dichtungsringfläche 37A elastisch vorgespannt wird, so daß ein Gleitkontakt mit der schrägen Dichtfläche 20 des inneren Rings 10 erhalten wird, um in formschlüssiger Weise eine wirksamere Abdichtung zwischen dem inneren und dem äußeren Ring 10 und 11 zu erreichen. Selbstverständlich können sich die Vorsprünge 34 innerhalb der Nut 16 unter normalen Betriebsbedingungen durchbiegen, ohne daß dadurch die Leistungsfähigkeit des Dichtungsrings 30 beeinträchtigt wird.

Gemäß einem weiteren wesentlichen Merkmal ist jeder Haltevorsprung 34 ein vielflächiges Element, das so ausgelegt und bemessen ist, daß bei der Montage ein einfaches Einführen unter der Lippe 18 und in die Nut 16 möglich ist. Insbesondere hat, wie speziell Fig. 2 zeigt, jeder Vorsprung 34 eine flache innere bzw. äußere Schulter 34A bzw. 34B (die vom Rand 3OA des Dichtungsrings 30 nach radial außen verlaufen). Diese Schultern 34A und 34B verlaufen vom Rand 3OA nach außen in entgegengesetzten Winkelrichtungen aufeinander zu. Die innere Schulter 34A schneidet eine Ebene, die eine flache Rampe 34C enthält. Letztere verläuft von der Schulter 34A sowohl nach radial innen als auch nach axial außen und endet in einer Spitze 34D, die durch den Schnittpunkt zwischen der Rampe 34C und der äußeren Schulter 34B definiert ist.

Aufgrund der beschriebenen Konstruktion können die innere Schulter 34A und die Rampe 34C zusammenwirken und die Fähigkeit jedes Vorsprungs bzw. Fingers 34, schnell und leicht unter die Lippe 18 zu gleiten, unterstützen. Die Spitze 34D bildet eine äußere Druckfläche am Schnittpunkt von Rampe 34C und äußerer Schulter 34B und wird in der Nut 16 in unveränderlicher Beziehung zum äußeren Ring 11 unter Druck festgespannt.

Die Erfindung wurde zwar bisher im einzelnen unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform erläutert; selbstverständlich sind jedoch Abweichungen davon möglich. Z. B. zeigen die

Fig. 4-6 jeweils verschiedene Ausführungsformen. Dabei sind
die Abmessungen und die Ausbildung der dargestellten Vorsprünge im wesentlichen gleich oder ähnlich den Vorsprüngen, die
nachstehend beschrieben werden.

Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Dichtungsrings
130, wobei Vorsprünge 134 vom Rand 130A des Rings 130 jeweils
in Winkelrichtungen, die denjenigen der benachbarten Vorsprünge entgegengesetzt sind, nach außen verlaufen. Jeder Vorsprung 34 endet in einem freien Außenende.

Der Dichtungsring 230 nach Fig. 5 weist aneinandergrenzende
Vorsprünge 234 auf, die jeweils vom Rand 230A des Rings 230 in einer zu den angrenzenden Vorsprüngen entgegengesetzten Winkelrichtung nach außen verlaufen. Dabei gehen benachbarte Vorsprünge an ihren jeweiligen inneren und äußeren Enden ineinander über unter Bildung hohler Dreiecksgebilde (im Profil).
Die hohle Dreiecksform dieser Vorsprünge erleichtert die
Druckanlage am äußeren Ring (nicht gezeigt), wenn die Dichtung in die Rückhaltenut eingesetzt ist.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Dichtungsrings 330. Dabei sind Vorsprünge in wenigstens zwei einander benachbarten Gruppen ausgebildet, die generell bei 334A und 334B
dargestellt sind und um den Außenumfang des ringförmigen Körpers 332 verlaufen. Die einzelnen Vorsprünge jeder Gruppe
ragen in eine gemeinsame Winkelrichtung, und die Vorsprünge
jeweils benachbarter Gruppen verlaufen in entgegengesetzte
Winkelrichtungen relativ zu einer Radiallinie, die vom Mittelpunkt des Dichtungsrings 330 ausgeht.

Durch die Erfindung wird ein wirksamer einstückiger Dichtungs-^ ring angegeben, bei dem die beschriebenen Dichtungsringflächen formschlüssige und umfangsmäßig umlaufende Dichtflächen in
Anlage an Dichtflächen eines äußeren und eines inneren Lagerrings bilden. Die spezielle Form, Ausbildung und Anordnung der beschriebenen Vorsprünge ermöglicht es dem Dichtungsring, eine

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stärkere Wärmeausdehnung und Kontraktion unter Betriebsbedingungen zu absorbieren und bei extremem Hoch- und Niedrigtemperatur-Betrieb eine wirksame Abdichtung an Lagerringen zu unterhalten.

Dementsprechend sind bei der Fertigung der angegebenen Dichtungsringe keine besonders präzisen Toleranzen zu fordern, da Änderungen des Außendurchmessers der Vorsprünge eine ordnungsgemäße Abdichtung nicht beeinträchtigen.

Claims

Patentansprüche

1. Wälzlager mit einem inneren und einem äußeren Laufring und zwischen beiden angeordneten, auf Rollbahnen abrollenden Rollkörpern,

dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Laufring (11) eine umfangsmäßig kontinuierliche Nut (16) hat, daß der innere Laufring (10) eine mit der Nut (16) des äußeren Laufrings (11) in Axialrichtung im wesentlichen ausgerichtete Dichtfläche (20) hat, und daß ein einstückiger Dichtungsring (30) eine innere Dichtfläche (37A) in formschlüssigem Gleitkontakt mit der Dichtfläche (20) sowie eine Vielzahl von nach außen ragenden elastischen Vorsprüngen (34) aufweist, die im unbelasteten Zustand einen Dichtungsring-Außendurchmesser definieren, der größer als der größte Durchmesser der Nut (16) des äußeren Laufrings (11) ist, wobei die Vorsprünge (34) des Dichtungsrings mit dem äußeren Laufring (11) in dessen Nut (16) unter Kompression festgelegt sind und der äußere Laufring (11) den Dichtungsring (30) zusammenpreßt, so daß dessen innere Dichtfläche (37A) die Dichtfläche (20) des inneren Laufrings (10) ständig mit einem nach axial innen gerichteten Druck beaufschlagt, wobei eine Ausdehnung bzw. Kontraktion des Dichtungsrings unter Aufrechterhaltung eines dichten Lagers hoher Integrität möglich ist.

2. Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (30) aus einem Thermoplast besteht.

3. Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (30) aus einem Duroplast besteht.

4. Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring-Werkstoff festigkeitserhohende Komponenten enthält.

5. Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (34) vom Mittelpunkt des Dichtungsrings (30) allgemein konisch nach außen verlaufen, so daß sie in die Nut (16) des äußeren Laufrings in axialer Richtung einsetzbar sind, und daß die Vorsprünge eine feste und gleichzeitig elastisch nachgiebige Verbindung mit dem äußeren Laufring (11) herstellen und der Dichtungsring (30) in einfacher Weise aus den beiden Laufringen (10, 11) in Axialrichtung ausbaubar ist.

6. Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Vorsprünge (34) des Dichtungsrings (30) in einer gemeinsamen Winkelrichtung nach außen verlaufen, die in bezug auf eine vom Mittelpunkt des Dichtungsrings ausgehende Radiallinie versetzt ist.

7. Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Vorsprünge (134) des Dichtungsrings (130) nach außen in entgegengesetzte Winkelrichtungen relativ zu einer vom Mittelpunkt des Dichtungsrings ausgehenden Radiallinie verlaufen.

8. Wälzlager nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (330) aneinandergrenzende Gruppen (334A_f 334B) von Vorsprüngen aufweist, die auf seinem Umfang ausgebildet sind und jeweils in entgegengesetzte Winkelrichtungen relativ zu einer vom Mittelpunkt des Dichtungsrings ausgehenden Radiallinie verlaufen, wobei jede Gruppe eine Mehrzahl Einzelvorsprünge umfaßt, die in einer gemeinsamen Winkelrichtung nach außen ragen.

9. Wälzlager nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß aneinandergrenzende Vorsprünge (234) relativ zu einer vom Mittelpunkt des Dichtungsrings (230) ausgehenden Radiallinie in entgegengesetzten Winkelrichtungen nach außen ragen, und daß die Enden jedes Vorsprungs (234) jeweils mit einem Ende eines angrenzenden Vorsprungs verbunden sind unter Bildung eines Dichtungsrings mit einer fortlaufenden Serie von kompressiblen ümfangselementen.

10. Wälzlager nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtfläche des inneren Laufrings (10) eine schräge Dichtfläche (20) ist, die mit der Nut (16) in axialer Richtung im wesentlichen ausgerichtet ist, und daß der Dichtungsring (30) aus Kunststoff besteht und eine die dynamische Elastizität unterstützende Form hat, wobei der Kunststoff außerdem eine höhere Wärmeausdehnungsgeschwindigkeit als die beiden Laufringe (10, 11) hat.

11. Wälzlager nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring einen ringförmigen mittigen Körper (32) umfaßt, der an seinen entgegengesetzten inneren und äußeren radialen Enden umfangsmäßig kontinuierliche Dichtflächen (37A, 33) zur Anlage an der schrägen Dichtfläche (20) des inneren Laufrings (10) und am äußeren Laufring (11) aufweist, und daß

die Vorsprünge (34) von dem mittigen Körper (32) damit einstückig nach außen ragen, so daß sie mit dem äußeren Laufring (11) in dessen Nut (16) in Festlegeeingriff bringbar sind.

12. Wälzlager nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (30) einen Rand (36) verringerter Dicke, der von dem mittigen Körper (32) nach radial innen verläuft, sowie ein umfangsmäßig kontinuierliches, mit dem Rand (36) einstückig ausgeführtes Druckstück (37), das die innere Dichtfläche (37A) zur Anlage an der schrägen Dichtfläche (20) des inneren Laufrings (10) bildet, aufweist, und daß der Dichtungsring (30) ferner einen nach axial innen verlaufenden ringförmigen Ansatz angrenzend an die Vorsprünge aufweist, der eine zweite in ümfangsrichtung kontinuierliche Dichtfläche (33) für den Dichtkontakt mit dem äußeren Laufring (11) bildet.