DE60018957T2

DE60018957T2 - Dichtungsanordnung für eine lageranordnung

Info

Publication number: DE60018957T2
Application number: DE60018957T
Authority: DE
Inventors: Graham Frederick West Hunsbury Sturman; Hans Unger; Markus Schwerdtfeger
Original assignee: Freudenberg Dichtungs und Schwingungstechnik KG; Timken Co
Current assignee: Freudenberg Dichtungs und Schwingungstechnik KG; Timken Co
Priority date: 1999-10-12
Filing date: 2000-10-12
Publication date: 2006-04-13
Anticipated expiration: 2020-10-13
Also published as: EP1220995B1; WO2001027484A1; PT1220995E; EP1220995A1; ES2237458T3; DE60018957D1; US6896270B1; ATE291702T1; AU7677100A

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsvorrichtung für eine Lageranordnung, insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, vereinigte Lagereinheiten für, typischerweise, Radnaben und Antriebsritzel von Kraftfahrzeugen. Derartige Lagereinheiten umfassen im Allgemeinen ein Paar innerer Lagereinheiten, die auf einer Welle montiert sind, wobei jede innere Lagereinheit einen inneren Lagerring aufweist, der an dem inneren Lagerring der anderen inneren Lagereinheit anliegt, wobei zwischen der Welle und den inneren Lagerringen ein Schmieröl vorhanden ist.
Es sind viele Arten von Lageranordnungen zum Abstützen der Räder bezüglich der Radachsen von Motorfahrzeugen verfügbar. Bei Lastkraftwagen und anderen schweren Fahrzeugen ist es sehr verbreitet, dass insbesondere die hinteren Räder von vereinigten Lageranordnungen getragen werden, die ein Paar nebeneinander auf einer Welle angeordnete Wälzlagereinheiten aufweisen. Die Lageranordnung enthält im Allgemeinen eine Füllung mit Schmiermittel, welches in dem Hohlraum zwischen dem Paar Lagereinheiten mittels endseitiger Dichtungen zurückgehalten wird. Jede Wälzlagereinheit umfasst einen äußeren Lagerring, einen inneren Lagerring und einen Satz zwischen diesen angeordneten Wälzkörper. Im Betrieb wandert eine dünne Ölschicht zwischen die Welle und die innenliegenden Oberflächen der inneren Lagerringe, wobei das Öl in der Achsanordnung zum Schmieren anderer Teile der hinteren Achsantriebsanordnung vorgesehen ist.
Eine Dichtungsvorrichtung gemäß des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist aus jedem der Dokumente US 4 865 468 A , US 4 865 472 A und US 5 492 419 A bekannt.
Es ist erstrebenswert, dass das Öl nicht in das Innere der Lageranordnung gelangt, da es eine schädliche Wirkung auf das in dem Hohlraum zwischen dem Paar Lagereinheiten vorhandene Schmierfett ausüben kann. Weiterhin können geringe Mengen Wasser in dem kleinen radialen Spalt zwischen der Welle und den inneren Lagerringen vorhanden sein und es ist wünschenswert, ein Eintreten dieses Wassers in den Schmierfettraum zu verhindern.
Gemäß der vorliegenden, in Patentanspruch 1 definierten Erfindung wird eine Dichtungsvorrichtung für eine Lageranordnung mit einem Paar innerer Lagereinheiten bereitgestellt, die jeweils einen inneren Lagerring aufweisen, der neben dem anderen inneren Lagerring auf einer Welle angeordnet ist, so dass die Stirnseiten der inneren Lagerringe aneinander anliegen, wobei sich zwischen der Welle und den der Welle zugewandten radialen Innenflächen der inneren Lagerringe befindliches Öl durch die Dichtungsvorrichtung daran gehindert wird, zwischen die aneinander anliegenden Stirnflächen der inneren Lagerringe einzutreten, wobei die Dichtungsvorrichtung gebildet ist durch ein im Wesentlichen ringförmiges Organ mit einer ringförmigen Dichtungspartie, die derart ausgebildet ist, dass sie untere Kompression in einer Nut gehalten wird, die durch eine im mindestens einem der inneren Lagerringe in dem radial äußersten Bereich der axialen Stirnfläche des Lagerrings, wo dieser an dem anderen Lagerring anliegt, ausgebildete Stufe gebildet ist.
Die Vorrichtung umfasst weiterhin Mittel zum Zurückhalten der Dichtungsvorrichtung in ihrer Lage an einem der inneren Lagerringe vor dem Zusammenbau des Lagers. Das Rückhaltemittel umfasst eine sich axial erstreckende Hülsenpartie zur Montage an einer Oberfläche des inneren Lagerrings. Die Hülsenpartie weist an ihrer inneren Oberfläche eine Anzahl sich radial erstreckender Vorsprünge zur Schaffung eines Presssitzes auf der Oberfläche des inneren Lagerrings auf.
In bevorzugter Ausgestaltung umfasst die Dichtungsvorrichtung einen ringförmigen Einsatz mit einem daran angegossenen, elastomeren Material, um damit die ringförmige Dichtungspartie und die Hülsenpartie zu bilden. Idealerweise ist der ringförmige Einsatz im Wesentlichen steif ausgebildet und besteht vorzugsweise aus Stahl. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der ringförmige Einsatz in einer im Wesentlichen radialen Ebene lang gestreckt ausgebildet.
Bei einigen Ausführungsformen ist eine zweite Hülsenpartie bezüglich der ersten Partie radial außen liegend angeordnet und erstreckt sich in axial entgegen gerichteter Richtung. Idealerweise ist die radiale Außenfläche der ersten Hülsenpartie derart geformt und bemessen, dass sie mit der zweiten Hülsenpartie einer weiteren Dichtungsvorrichtung ineinander schachtelbar ist. In weiterer bevorzugter Ausgestaltung sind zusätzliche Merkmale in regelmäßigen Umfangsabständen zur Wechselwirkung mit einer Sensorvorrichtung, die zur Bestimmung der Drehgeschwindigkeit der Welle verwendet werden kann, vorgesehen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist auch eine Lageranordnung vorgesehen, mit einem Paar innerer Lagereinrichtungen, von denen jede einen inneren Lagerring aufweist, der neben dem anderen inneren Lagerring auf der Welle angeordnet ist, so dass die Stirnflächen der inneren Lagerringe aneinander anliegen, und mit einer Dichtungsvorrichtung der oben beschriebenen Art.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden näher beschrieben. Die Beschreibung bezieht sich auf die beigefügte Zeichnung. Es zeigt:
1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Achsanordnung mit einer erfindungsgemäßen Dichtungsvorrichtung;
2 einen Querschnitt durch die Dichtungsanordnung gemäß 1 in vergrößerter Darstellung;
3 einen Querschnitt ähnlich der 2 durch eine alternative Dichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
4 eine Stirnseitenansicht eines Teils der Dichtungsvorrichtung gemäß 3 mit drei möglichen Anordnungen;
5 eine Stirnseitenansicht eines Teils der Dichtungsvorrichtung gemäß 3 mit einer weiteren alternativen Anordnung;
6 eine Querschnittsansicht ähnlich der 2 durch eine weitere alternative Dichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
7 eine Querschnittsansicht ähnlich der 2 durch eine weitere alternative Dichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung; und
8 eine axiale Stirnseitenansicht der Vorrichtung gemäß 7.
Die 1 und 2 zeigen eine Dichtungsvorrichtung 10, die in einer vereinigten Lageranordnung 11 enthalten ist, die auf einer hinteren Achswelle 12 eines Fahrzeugs, beispielsweise eines schweren Lastkraftwagens, angeordnet ist. Eine Radnabe 13 für mindestens ein Rad ist auf einer Welle 12 mittels der vereinigten Wälzlageranordnung 11 montiert, die einen äußeren Lagerring 14 und ein Paar radial innen liegender Lagerringe 15, 16 aufweist. Der äußere Lagerring 14 ist als äußerer Doppellagerring dargestellt, es ist jedoch nachvollziehbar, dass der äußere Lagerring 14 ein Paar nebeneinander angeordneter, einzelner Lagerringe aufweisen könnte. Zwischen dem äußeren Lagerring 14 und den zwei inneren Lagerringen 15, 16 sind Sätze von Wälzkörpern 17 angeordnet, die in Käfigen 18, 19 eingefangen sind.
Die radial innen liegenden Lagerringe 15, 16 sind auf der Achse 12 nebeneinander angeordnet, wobei ihre benachbarten axialen Stirnflächen aneinander anliegen. Nach dem Zusammensetzen der Lageranordnung werden die inneren Lagerringe 15, 16 zusammen und an einer Anschlagschulter 20 anliegend gehalten, die auf der Welle 12 mittels einer Mutter 21 gebildet ist, die auf das äußerste Ende der Achse 12 aufgeschraubt ist.
Im Inneren der Lageranordnung befindet sich ein Hohlraum 22, der im Betrieb eine Schmierfett- oder Ölfüllung enthält, die zur Schmierung der Wälzkörper bestimmt ist. Wie Eingangs erwähnt wurde, wandert im Allgemeinen eine dünne Schicht von Achsschmieröl in den kleinen radialen Spalt zwischen der Welle 12 und den inneren Oberflächen der inneren Lagerringe 15, 16, wobei das Öl in der Achsanordnung zur Schmierung anderer Teile der hinteren Achsantriebseinrichtung (nicht dargestellt) bestimmt ist. Dieses Schmieröl für die Achse ist oftmals mit metallischen oder anderen Verunreinigungen kontaminiert. Stirnseitige Dichtungen 23, 24 sind vorgesehen, um einen Verlust von Schmierfett oder Öl aus dem Hohlraum 22 und das Eintreten von Schmieröl für die Achse in den Hohlraum 22 zu verhindern. Die stirnseitigen Dichtungen 23, 24 verhindern auch ein Eintreten von Wasser und anderen Verschmutzungen in den Hohlraum 22.
Es ist selbstverständlich wünschenswert, ein Hindurchtreten des Schmieröls für die Achse zwischen den aneinander anliegenden Stirnseiten der inneren Lagerringe 15, 16 in den Hohlraum 22 zu verhindern, wo es die Wirksamkeit der Schmierung der Wälzkörper beeinträchtigen kann. Ebenso ist es wünschenswert, ein Heraustreten des Schmiermittels der Wälzkörper aus dem Hohlraum 22 durch die aneinander anliegenden axialen Stirnflächen der inneren Lagerringe 15, 16 zu verhindern. Es besteht auch die Notwendigkeit, ein Eintreten von Wasser in den Hohlraum 22 über die aneinander anliegenden Stirnseiten der inneren Lagerringe 15, 16 zu verhindern. Jegliche Verunreinigungen können wie oben beschrieben zu einer beeinträchtigten Lagerfunktion und möglicherweise zu einem vorzeitigen Versagen führen.
Aus diesen Gründen ist die Dichtungsvorrichtung 10 in der Nähe der aneinander anliegenden axialen Stirnseiten der zwei inneren Lagerringe 15, 16 angeordnet. Die Dichtungsvorrichtung 10, die in 2 näher dargestellt ist, umfasst ein im Wesentlichen ringförmiges Organ, das einen ringförmigen Einsatz 26 aufweist, der vorzugsweise aus Stahl oder einem anderen im Wesentlichen steifen Material besteht, auf den ein elastomeres Material, oder ein anderes geeignetes Dichtungsmaterial, einstückig aufgeformt ist, so dass beide Stirnseiten bedeckt sind und auch seine inneren und äußeren Umfangsflächen. Der Einsatz 26 ist im Wesentlichen in einer radialen Richtung plan ausgebildet und das elastomere Material bietet eine ringförmige Dichtungspartie 27 und eine sich axial erstreckende ringförmige Hülsenpartie 28.
Wieder Bezug nehmend auf 2 ist ersichtlich, dass die axiale Stirnfläche von einem der aneinander anliegenden inneren Lagerringe 15 derart bearbeitet ist, dass sie eine Stufe 29 am Übergang ihrer Stirnfläche zu ihrer äußeren Umfangsfläche bildet. Die Form und Bemaßung der Stufe 29 sind derart, dass, wenn die axialen Stirnflächen der inneren Lagerringe 15, 16 aneinander anliegen, eine Nut 30 mit rechteckigem Querschnitt gebildet wird. Die Nut 30 weist eine axiale Breite auf, die geringer ist als die freie axiale Dicke der Dichtungspartie 27 der Dichtungsvorrichtung 10, so dass das elastomere Material über seine axial gegenüber liegenden Stirnflächen hinreichend komprimiert wird, um eine wirksame Abdichtung gegen den Durchtritt von Öl in oder aus dem Hohlraum 22 zu bilden, wenn die zwei inneren Lagerring gegeneinander anliegen.
Die innen liegende Oberfläche der Hülsenpartie 28 der Dichtungsvorrichtung 10 ist mit einer Anzahl von in Umfangsrichtung in gleichen Abständen angeordnete Vorsprüngen 31 versehen. Die Hülsenpartie 28 ist derart ausgebildet, dass sie über den Außendurchmesser des inneren Lagerrings 15 passt, benachbart zu dessen anliegender axialer Stirnfläche, wobei die inneren Vorsprünge 31 einen Presssitz mit diesem Außendurchmesser bilden. Somit bietet die Hülsenpartie 28 ein Mittel zum Positionieren und Festlegen der Dichtungsvorrichtung auf dem inneren Lagerring 15 während der Installation und des Zusammenbaus und bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die Dichtungs vorrichtung 10 in der Nut 30 gefangen wird, die gebildet wird, wenn die axialen Stirnflächen der inneren Lagerringe 15, 16 aneinander anliegen.
Eine weitere mögliche Ausführungsform der Dichtungsvorrichtung 10 ist in den 3 und 4 dargestellt. Zusätzlich zu der Hülsenpartie 18, die an den Einsatz 26 angeformt ist, ist eine zweite Hülsenpartie 32 an der gegenüber liegenden axialen Stirnseite des Einsatzes 26 vorgesehen. Die zweite Hülsenpartie 32 ist auch radial zu der Hülsenpartie 28 beabstandet und derart geformt und bemessen, dass die Hülsenpartie 28 einer weiteren identischen Dichtungsvorrichtung 10 aufgesteckt werden kann. Das Vorhandensein dieser zweiten Hülsenpartie 32 gegenüber liegend zur Hülsenpartie 28 einer benachbarten Dichtungsvorrichtung ermöglicht ein Schachteln der Dichtungsvorrichtungen 10 auf eine Weise, die ein Stapeln und Verteilen der Dichtungsvorrichtungen 10 mittels automatisierter Handhabungsvorrichtungen ermöglicht, die bei der Installation der Dichtungsvorrichtungen 10 als Teil des Zusammenbaus der vereinigten Lager verwendet werden.
Die in 6 dargestellte Anordnung ist in vielerlei Hinsicht vergleichbar mit der in 2 dargestellten und daher sind gleiche Merkmale mit gleichen Bezugszeichen versehen. In 6 ist der innere Lagerring 15 jedoch an seinem Außendurchmesser mit einer flachen, ringförmigen Nut 37 mit bogenförmigem Querschnitt versehen. Während der Montage der Lageranordnung verbessert die Nut 37 die Rückhaltefunktion der innen liegenden Vorsprünge 31 der Hülsenpartie 28 des elastomeren Formteils und verbessert die Positionierung der Dichtungsvorrichtung auf dem inneren Lagerring 15.
In den 7 und 8 bestehen viele Ähnlichkeiten zu den vorherigen Anordnungen und gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. In den 7 und 8 ist jedoch eine flache, ringförmige Nut 38 mit einem angeschrägten Querschnitt vorgesehen, die in dem Außendurchmesser des inneren Lagerrings 15 gebildet ist. Weiterhin weist die nachgiebige Hülsenpartie 28 der Dichtungsvorrichtung 10 eine Anzahl sich axial erstre ckender Finger 38 auf, die in gleichen Abständen um den Umfang des inneren Lagerrings 15 herum angeordnet sind. Die von dem Einsatz 26 entfernten Enden 40 der Finger 39 werden in der Nut 38 aufgenommen, um die Dichtungsvorrichtung bezüglich des inneren Lagerrings 15 zu positionieren und zu halten.
Es ist erkennbar, dass die Finger 39 auch als durchgehendes, ringförmiges Organ ausgebildet sein könnten, dessen axial entferntes Ende in der Nut 38 aufgenommen wird. Zusätzlich könnten die Vorsprünge 31 als sich axial erstreckenden Fingern ausgebildet sein.
Die Erfindung ist nicht auf eine Verwendung an hinteren Achsen von Kraftfahrzeugen eingeschränkt, sondern kann auch auf anderen Arten von Wellen verwendet werden, die vereinigte, mit Schmierfett oder Öl geschmierte Lager aufweisen, die in Umgebungen angeordnet sind, in denen sich verunreinigte Fluide außerhalb der abgedichteten und geschmierten Wälzlager befinden.
Bei derartigen weiteren Anwendungen, bei denen die inneren Lagerringe des Lagers innerhalb eines stationären äußeren Lagerrings rotieren (das Gegenteil der Anwendung für Hinterachsen von Kraftfahrzeugen wie vorstehend beschrieben) und bei denen eine Notwendigkeit besteht, die Rotationsgeschwindigkeit der von dem Lager getragenen Achse zu messen, kann der Dichtungsvorrichtung eine weitere Funktion hinzugefügt werden. Da die Dichtungsvorrichtung 10 mit der gleichen Geschwindigkeit wie die inneren Lagerringe 15, 16 des Lagers, zwischen denen sie angeordnet ist, rotieren wird, kann der Aufbau der Dichtungsvorrichtung 10 Merkmale in Form von entweder in gleichen Abständen angeordneten Umfangsunterbrechungen wie axialen Zähnen 33 oder radialen Zähnen 34 oder Durchtrittsöffnungen 35 aufweisen, wie in 4 dargestellt, die Teil des metallischen, ringförmigen Einsatzes 26 sind, oder andere in gleichen Abständen angeordnete Merkmale, wie Zonen alternierender magnetischer Polarität 36 entland des Umfangs der Dichtungsvorrichtung 10. Diese regelmäßig angeordneten Merkmale können mit einer geeigneten Sensorvorrichtung zusammenwirken, die in dem Hohlraum 22 und in der Nähe der Dichtungsvorrichtung 10 angeordnet ist, so dass die Charakteristik des Ausgangssignals der Sensorvorrichtung zur Bestimmung der Rotationsgeschwindigkeit der von dem Lager getragenen Welle verwendet werden kann.

Claims

Dichtungsvorrichtung (10) für eine Lageranordnung (11) mit einem Paar innerer Lageranordnungen, die jeweils einen inneren Lagerring (15, 16) aufweisen, der neben dem anderen inneren Lagerring (15, 16) auf einer Welle (12) angeordnet ist, so dass die Stirnseiten der inneren Lagerringe (15, 16) aneinander anliegen, wobei sich zwischen der Welle (12) und den der Welle (12) zugewandten radialen Innenflächen der inneren Lagerringe (15, 16) befindliches Öl durch die Dichtungsvorrichtung (10) daran gehindert wird, zwischen die aneinander anliegenden Stirnflächen der inneren Lagerringe (15, 16) einzutreten, wobei die Dichtungsvorrichtung gebildet ist durch ein im Wesentlichen ringförmiges Organ mit einer ringförmigen Dichtungspartie (27), die derart ausgebildet ist, dass sie unter Kompression in einer Nut (30) gehalten wird, die durch eine in mindestens einem der inneren Lagerringe (15, 16) in dem radial äußersten Bereich der axialen Stirnfläche des Lagerrings, wo dieser an dem anderen Lagerring anliegt, ausgebildete Stufe (29) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine separate Rückhaltevorrichtung zum Zurückhalten der Dichtungsvorrichtung (10) in ihrer Lage an einem der inneren Lagerringe vor dem Zusammenbau des Lagers vorgesehen ist, wobei die Rückhaltevorrichtung eine sich axial ersteckende Hülsenpartie (28) zur Montage an einer Oberfläche des inneren Lagerrings aufweist, wobei die Hülsenpartie (28) an ihrer inneren Oberfläche eine Anzahl sich radial erstreckender Vorsprünge (31) zur Schaffung eines Presssitzes auf der Oberfläche des inneren Lagerrings oder zum Eingriff in eine Nut (37, 38) in dem inneren Lagerring aufweist.
Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülsenpartie (28) eine Anzahl sich axial erstreckender, in Umfangsrichtung voneinander beabstandeter Finger (39) aufweist.
Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsvorrichtung (10) einen ringförmigen Einsatz (26) mit einem daran angegossenen, elastomeren Material aufweist, um damit die ringförmige Dichtungspartie (27) und die Hülsenpartie (28) zu bilden.
Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Einsatz (26) im Wesentlichen steif ausgebildet ist.
Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Einsatz (26) aus Stahl besteht.
Dichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Einsatz (26) in einer im Wesentlichen radialen Ebene lang gestreckt ausgebildet ist.
Dichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Hülsenpartie (32) bezüglich der ersten Partie (28) radial außen liegend angeordnet ist und sich in axial entgegen gerichteter Richtung erstreckt.
Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Außenfläche der ersten Hülsenpartie (28) derart geformt und bemessen ist, dass sie mit der zweiten Hülsenpartie (32) einer weiteren Dichtungsvorrichtung (10) ineinander schachtelbar ist.
Dichtungsvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Merkmale (32–36) in regelmäßigen Umfangsabständen zur Wechselwirkung mit einer Sensorvorrichtung, die zur Bestimmung der Drehgeschwindigkeit der Welle (12) verwendet werden kann, vorgesehen sind.
Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Merkmale unterbrochene Formationen wie axial gerichtete Zähne (33), radial gerichtete Zähne (34) oder Öffnungen (35) umfassen.
Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Merkmale Materialeigenschaften wie Domänen (36) alternierender Polarität umfassen.
Lageranordnung mit einem äußeren Lagerring (14), ersten und zweiten inneren Lagerringen (15, 16) mit einander zugewandten Stirnflächen, wobei mindestens einer der inneren Lagerringe eine Nut (30) aufweist, die eine radiale Öffnung des Lagerrings und eine axiale Öffnung der Stirnfläche des Lagerrings bildet, mit Wälzkörpern (17), die in zwei Reihen zwischen den inneren und äußeren Lagerringen (14–16) angeordnet sind, wobei sich eine Reihe zwischen dem ersten inneren Lagerring (15) und dem äußeren Lagerring (14) befindet und die zweite Reihe zwischen dem zweiten inneren Lagerring (16) und dem äußeren Lagerring (14), und mit einer Dichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11.