WO2010046173A1 - Wälzlager mit dichtelementen - Google Patents

Wälzlager mit dichtelementen Download PDF

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Jean-Luc Dallest
Gaël DELAPORTE
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    • F16J15/3256—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings provided with casings or supports with rigid casings or supports comprising two casing or support elements, one attached to each surface, e.g. cartridge or cassette seals
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    • F16J15/3456—Pressing means without external means for pressing the ring against the face, e.g. slip-ring with a resilient lip

Definitions

  • the present invention relates to a rolling bearing with a first ring connected in the installed state with a rotating member and a connected to a fixed part second ring, between which roll to enable differential speeds rolling elements, on both sides of the rolling elements and between the first and the second ring Dichtelemen - te, which are each connected to the first ring and in each case via at least one first, extending in the radial and / or axial direction sealing lip with the second ring in contact, and shields are provided, which on the rolling elements facing away from the sides of the sealing elements placed and connected to the second ring.
  • sealing elements are usually provided between the rolling bearing rings. These sealing elements have the task, on the one hand to prevent penetration of the impurities into the interior of the bearing, which may otherwise lead to damage of the bearing, and on the other to prevent leakage of the lubricant present in the bearing.
  • these sealing elements are fixedly arranged on one of the two rings and are connected via sealing lips with the other ring in contact.
  • a rolling bearing in which a first, internal ring is connected to a rotating component and is in contact with a second, outer ring rolling over its outside rolling elements.
  • sealing elements are provided on both sides of the rolling elements on the inside of the second ring which are in contact with the first ring with an axially extending sealing lip.
  • a shield is provided on the rolling elements opposite side of each sealing element to further reduce the entry of dirt particles.
  • This shield is fixedly arranged on the first ring and thus ensures upon rotation of the first ring due to acting centrifugal forces for ejection of impinging media.
  • the respective sealing element has two further sealing lips, with which it is in axial and radial contact with the shield.
  • a disadvantage of such a design is that constantly three sealing lips are in contact with the rotating, first ring or with the co-rotating shield. This ensures high friction, which is particularly significant at higher speeds.
  • the invention comprises the technical teaching that the sealing elements each have a second, axially extending and radially outwardly oriented sealing lip, which is in contact with the respective shield at a standstill or low speeds of the first ring. From a defined differential speed, however, lifts this sealing lip due to the centrifugal forces acting on the respective shield.
  • Such an arrangement has the advantage that this second sealing lip at low speeds or standstill in addition to a first axially and / or radially extending sealing lip, which is in contact with the second ring, effectively contributes to a rejection of externally acting media. At higher speeds, this second sealing lip does not cause additional frictional losses of the system due to the lifting of the shield.
  • the sealing elements in each case in the region of the first sealing lip on a further, third sealing lip, which extends radially in the direction of the second ring and axially in the direction of the rolling elements and forms a narrow passage opening with the second ring.
  • the at least one first sealing lip forms, together with the second sealing lip and the respective shield, a chamber in which an accumulation of in the region of the second sealing lip Grease is provided.
  • the placement of lubricating grease in this area further complicates the entry of liquid or gaseous media via the second sealing lip and also reduces the friction between the second sealing lip and the shield.
  • the sealing elements each have in the region of the first ring via an axially oriented in the direction of the respective shield, fourth sealing lip, which forms a constriction together with the respective shield.
  • this creates a further barrier in front of the second sealing lip, which already intercepts a part of the media which has entered the intermediate space between the first ring and the shielding.
  • the shields are each connected via a press fit with the second ring. This ensures a secure fit of the shields at the desired location, while at the same time can be dispensed with further fixing means.
  • the first ring provides an outer ring and the second ring an inner ring of the rolling bearing there.
  • the rolling bearing is designed in the manner of a ball bearing. This advantageously provides a robust design of the rolling bearing there.
  • the sealing elements are each formed by a partially or completely surrounded with a polymer material support ring.
  • This has the advantage that the respective sealing element has a certain rigidity due to the support ring and is held at the desired position in the rolling bearing.
  • the single FIGURE shows a sectional view of the rolling bearing according to the invention in the region of a first ring 1 and a second ring 2, which correspondingly form a stationary inner ring and a rotating outer ring of the rolling bearing.
  • rolling elements 3 are arranged, which allow in the installed state of the rolling bearing relative speeds between the two rings 1 and 2.
  • a sealing element 4 is provided axially spaced from the rolling elements 3. The skilled person will be clear that this sealing element 4 is provided on both sides of the rolling elements 3.
  • the sealing element 4 is connected at one end fixed to the first ring 1 and is formed by a support ring 5, on which a polymer material is applied. At its other end, however, the sealing element 4 has a first sealing lip 6, which is in contact with the second ring 2 at its end. Further, on a side opposite the rolling elements 3 side of the sealing element 4, a shield 7 is provided which is fixed on the second ring 2 by means of a press connection and due to their radial extent in the direction of the first ring 1 the entry of media in the space between the first ring 1 and the second ring 2 is reduced.
  • the sealing element has a second sealing lip 8 which, starting from the sealing element 4, extends axially in the direction of the shield 7 and radially outward extends.
  • This second sealing lip 8 has the peculiarity of being at a standstill or low Speeds of the rolling bearing with the shield 7 is in contact, while it lifts off at a certain speed due to the centrifugal forces acting on it from the shield 7 and thus no longer provides for friction losses from this point.
  • the first sealing lip 6 forms here together with the second sealing lip 8 and the shield 7, a chamber 9, in which grease 10 is provided in particular in the region of the second sealing lip 8, at low speeds of the rolling bearing, the friction between the second sealing lip 8 and the shield 7 to reduce.
  • a third sealing lip 11 is provided, which together with the second ring 2 forms a narrowed passage opening in order to reduce leakage of lubricant from the interior of the rolling bearing at this point.
  • a further, fourth sealing lip 12 is placed in the region of the first ring 1, which narrows the passage to the second sealing lip 8 together with the shield 7.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager mit einem im eingebauten Zustand mit einem rotierenden Bauteil verbundenen ersten Ring (1) sowie einem mit einem feststehenden Teil verbundenen zweiten Ring (2), zwischen welchen zum Ermöglichen von Differenzdrehzahlen Wälzkörper (3) abrollen, wobei beiderseits der Wälzkörper (3) und zwischen dem ersten (1) und dem zweiten Ring (2) Dichtelemente (4), welche jeweils mit dem ersten Ring (1) verbunden sind und jeweils über mindestens eine erste, sich in radiale und/oder axiale Richtung erstreckende Dichtlippe (6) mit dem zweiten Ring (2) in Kontakt stehen, und Abschirmungen (7) vorgesehen sind, welche auf den den Wälzkörpern (3) abgewandten Seiten der Dichtelemente (4) platziert und mit dem zweiten Ring (2) verbunden sind, wobei ferner die Dichtelemente (4) jeweils über eine zweite, axial verlaufende und radial nach außen orientierte Dichtlippe (8) verfügen, welche bei Stillstand oder niedrigen Drehzahlen des ersten Ringes (1) mit der jeweiligen Abschirmung (7) in Kontakt steht, ab einer definierten Differenzdrehzahl allerdings aufgrund der wirkenden Fliehkräfte von der jeweiligen Abschirmung (7) abhebt.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Wälzlager mit Dichtelementen
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wälzlager mit einem im eingebauten Zustand mit einem rotierenden Bauteil verbundenen ersten Ring sowie einem mit einem feststehenden Teil verbundenen zweiten Ring, zwischen welchen zum ermöglichen von Differenzdrehzahlen Wälzkörper abrollen, wobei beiderseits der Wälzkörper und zwischen dem ersten und dem zweiten Ring Dichtelemen- te, welche jeweils mit dem ersten Ring verbunden sind und jeweils über mindestens eine erste, sich in radiale und/oder axiale Richtung erstreckende Dichtlippe mit dem zweiten Ring in Kontakt stehen, und Abschirmungen vorgesehen sind, welche auf den den Wälzkörpern abgewandeten Seiten der Dichtelemente platziert und mit dem zweiten Ring verbunden sind.
Hintergrund der Erfindung
Bei Wälzlagern, welche im Bereich von Lagerstellen zum Einsatz kommen, die sehr starken Einwirkungen durch feste und/oder flüssige Medien ausgesetzt sind, werden üblicherweise zwischen den Wälzlagerringen Dichtelemente vorgesehen. Diese Dichtelemente haben dabei die Aufgabe, zum einen ein Eindringen der Verunreinigungen in den Innenraum des Wälzlagers zu unterbinden, was ansonsten zu einer Beschädigung des Wälzlagers führen kann, und zum anderen ein Austreten des im Wälzlager vorhandenen Schmiermittels zu verhindern. Dazu sind diese Dichtelemente fest auf einem der beiden Ringe angeordnet und stehen über Dichtlippen mit dem anderen Ring in Kontakt. Stand der Technik
Aus der DE 103 35 713 A1 ist ein derartiges Wälzlager bekannt, bei welchem ein erster, innenliegender Ring mit einem rotierenden Bauteil verbunden ist und über auf seiner Außenseite abrollende Wälzkörper mit einem zweiten, außenliegenden Ring in Kontakt steht. Um ein Eindringen fester oder flüssiger Medien in den Zwischenraum zwischen dem ersten und dem zweiten Ring und ein Austreten eines im Bereich des Kontakts der Wälzkörper mit den beiden Ringen vorhandenen Schmiermittels zu verhindern, sind an der Innenseite des zweiten Rings, beiderseits zu den Wälzkörpern Dichtelemente vorgesehen, die mit einer axial verlaufenden Dichtlippe mit dem ersten Ring in Kontakt stehen. Des Weiteren ist auf der den Wälzkörpern gegenüberliegenden Seite jedes Dichtelements eine Abschirmung vorgesehen, um den Eintrag von Schmutzpartikeln weiter zu vermindern. Diese Abschirmung ist dabei fest auf dem ersten Ring angeordnet und sorgt somit bei einer Rotation des ersten Ringes aufgrund wirkender Fliehkräfte für ein Abschleudern von auftreffenden Medien. Um dennoch in eine Öffnung zwischen dem zweiten Ring und der Abschirmung eintretende Schmutzpartikel an einem Eindringen in den Innenraum des Wälzlagers zu hindern, verfügt das jeweilige Dichtelement über zwei weitere Dicht- lippen, mit welchen sie axial und radial mit der Abschirmung in Kontakt steht.
Nachteilhaft an einer derartigen Ausführung ist, dass ständig drei Dichtlippen mit dem rotierenden, ersten Ring bzw. mit der mitrotierenden Abschirmung in Kontakt stehen. Dies sorgt für eine hohe Reibung, welche insbesondere bei höheren Drehzahlen ins Gewicht fällt.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Wälzlager zu schaffen, bei welchem Dichtelemente vorgesehen sind, die von außen einwirkende Medien wirksam an einem Eindringen sowie Schmiermittel an einem Austreten hindern und gleichzeitig insbesondere bei höheren Drehzahlen eine geringere Reibung aufweisen. Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die darauffolgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
Die Erfindung umfasst die technische Lehre, dass die Dichtelemente jeweils über eine zweite, axial verlaufende und radial nach außen orientierte Dichtlippe verfügen, welche bei einem Stillstand oder niedrigen Drehzahlen des ersten Ringes mit der jeweiligen Abschirmung in Kontakt steht. Ab einer definierten Differenzdrehzahl hebt diese Dichtlippe allerdings aufgrund der wirkenden Fliehkräfte von der jeweiligen Abschirmung ab. Eine derartige Anordnung hat den Vorteil, dass diese zweite Dichtlippe bei niedrigen Drehzahlen oder Still- stand neben einer ersten axial und/oder radial verlaufenden Dichtlippe, welche mit dem zweiten Ring in Kontakt steht, wirksam zu einem Abweisen von außen einwirkenden Medien beiträgt. Bei höheren Drehzahlen sorgt diese zweite Dichtlippe aufgrund des Abhebens von der Abschirmung dann nicht für zusätzliche Reibungsverluste des Systems.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weisen die Dichtelemente jeweils im Bereich der ersten Dichtlippe eine weitere, dritte Dichtlippe auf, welche sich radial in Richtung des zweiten Ringes und axial in Richtung der Wälzkörper erstreckt und mit dem zweiten Ring eine enge Durchgangsöffnung ausbildet. Dies hat den Vorteil, dass durch die Anordnung dieser weiteren Dichtlippe ein Austreten von Schmiermittel aus dem Bereich der Wälzkörper durch die Verengung weiter vermindert wird. Des Weiteren wird auch dem Eindringen von Schmutzpartikeln oder flüssigen Medien eine weitere Barriere entgegengesetzt.
In Weiterbildung der Erfindung bildet die mindestens eine erste Dichtlippe gemeinsam mit der zweiten Dichtlippe und der jeweiligen Abschirmung eine Kammer aus, in welcher im Bereich der zweiten Dichtlippe eine Anhäufung von Schmierfett vorgesehen ist. Durch die Platzierung von Schmierfett in diesem Bereich wird der Eintrag von flüssigen oder gasförmigen Medien über die zweite Dichtlippe weiter erschwert und zudem die Reibung zwischen der zweiten Dichtlippe und der Abschirmung vermindert.
Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung verfügen die Dichtelemente jeweils im Bereich des ersten Ringes über eine axial in Richtung der jeweiligen Abschirmung orientierte, vierte Dichtlippe, welche gemeinsam mit der jeweiligen Abschirmung eine Verengung ausbildet. Vorteilhafterweise wird hierdurch vor der zweiten Dichtlippe eine weitere Barriere geschaffen, welche bereits einen Teil der in den Zwischenraum zwischen dem ersten Ring und der Abschirmung gelangten Medien abfängt.
In Weiterbildung der Erfindung sind die Abschirmungen jeweils über eine Presspassung mit dem zweiten Ring verbunden. Dadurch wird ein sicherer Sitz der Abschirmungen an der gewünschten Stelle gewährleistet, während gleichzeitig auf weitere Fixierungsmittel verzichtet werden kann.
Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung stellt der erste Ring einen Außenring und der zweite Ring einen Innenring des Wälzlagers da. Dadurch kann die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Dichtelemente bei einem Wälzlager mit rotierendem Außenring Anwendung finden.
In Weiterbildung der Erfindung ist das Wälzlager nach Art eines Kugellagers ausgebildet. Dies stellt vorteilhafterweise eine robuste Ausführung des Wälzlagers da.
Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Dichtelemente jeweils durch einen mit einem Polymermaterial teilweise oder vollständig umgebenen Stützring gebildet. Dies hat den Vorteil, dass das jeweilige Dichtelement aufgrund des Stützringes eine gewisse Steifigkeit aufweist und an der gewünschten Position im Wälzlager gehalten wird. Die Verwendung von Polymermaterial sorgt dabei für eine zuverlässige Abdichtung. Weitere, die Erfindung verbessernden Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung anhand einer Figur näher dargestellt.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
Die einzige Figur zeigt eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Wälzlagers im Bereich eines ersten Ringes 1 und eines zweiten Ringes 2, welche entspre- chend einen stehenden Innenring und einen rotierenden Außenring des Wälzlagers bilden. Zwischen dem ersten Ring 1 und dem zweiten Ring 2 sind Wälzkörper 3 angeordnet, welche im eingebauten Zustand des Wälzlagers Relativdrehzahlen zwischen den beiden Ringen 1 und 2 ermöglichen. Um beim Einsatz des Wälzlagers ein Eindringen von flüssigen und festen Medien in den Bereich der Wälzkörper 3 zu unterbinden und gleichzeitig ein Austreten von Schmiermittel zu verhindern, ist axial beabstandet zu den Wälzkörpern 3 jeweils ein Dichtelement 4 vorgesehen. Dem Fachmann wird dabei klar sein, dass dieses Dichtelement 4 auf beiden Seiten der Wälzkörper 3 vorzusehen ist. Das Dichtelement 4 ist an seinem einen Ende fest mit dem ersten Ring 1 verbunden und wird durch einen Stützring 5 gebildet, auf welchem ein Polymermaterial aufgetragen ist. An seinem anderen Ende weist das Dichtelement 4 hingegen eine erste Dichtlippe 6 auf, die an ihrem Ende mit dem zweiten Ring 2 in Kontakt steht. Ferner ist auf einer den Wälzkörpern 3 gegenüberliegenden Seite des Dichtelements 4 eine Abschirmung 7 vorgesehen, welche auf dem zweiten Ring 2 mittels einer Pressverbindung befestigt ist und aufgrund ihrer radialen Erstreckung in Richtung des ersten Ringes 1 den Eintrag von Medien in den Zwischenraum zwischen dem ersten Ring 1 und dem zweiten Ring 2 vermindert. Um allerdings die Menge der dennoch über den geringen Spalt zwischen dem ersten Ring 1 und der Abschirmung 7 eingedrungenen Verunreinigungen weiter zu vermindern, verfügt das Dichtelement über eine zweite Dichtlippe 8, welche sich ausgehend von Dichtelement 4 axial in Richtung der Abschirmung 7 und radial nach außen erstreckt. Diese zweite Dichtlippe 8 hat die Besonderheit, dass sie bei einem Stillstand oder niedrigen Drehzahlen des Wälzlagers mit der Abschirmung 7 in Kontakt steht, während sie ab einer bestimmten Drehzahl aufgrund der auf sie wirkenden Fliehkräfte von der Abschirmung 7 abhebt und somit ab diesem Zeitpunkt nicht mehr für Reibungsverluste sorgt. Die erste Dichtlippe 6 bildet hierbei gemeinsam mit der zweiten Dichtlippe 8 und der Abschirmung 7 eine Kammer 9, in welcher Schmierfett 10 insbesondere im Bereich der zweiten Dichtlippe 8 vorgesehen ist, um bei niedrigen Drehzahlen des Wälzlagers die Reibung zwischen der zweiten Dichtlippe 8 und der Abschirmung 7 zu reduzieren. Ferner ist im Bereich der ersten Dichtlippe 6 eine dritte Dichtlippe 11 vorgesehen, welche ge- meinsam mit dem zweiten Ring 2 eine verengte Durchgangsöffnung bildet, um an dieser Stelle einen Austritt von Schmiermittel aus dem inneren des Wälzlagers zu vermindern. In ähnlicher Art und Weise ist auch im Bereich des ersten Ringes 1 eine weitere, vierte Dichtlippe 12 platziert, die den Durchgang zur zweiten Dichtlippe 8 gemeinsam mit der Abschirmung 7 verengt.
Mittels einer derartigen Ausgestaltung eines Wälzlagers ist es möglich, eine zuverlässige Abdichtung des Innenraums des Wälzlagers zu bewirken, während gleichzeitig bei höheren Drehzahlen eine Verminderung der Reibungsverluste des jeweiligen Dichtelements 4 durch ein Abheben der zweiten Dichtlippe 8 erreicht wird.
Bezugszeichenliste:
erster Ring zweiter Ring
Wälzkörper
Dichtelement
Stützring erste Dichtlippe
Abschirmung zweite Dichtlippe
Kammer
Schmierfett dritte Dichtlippe vierte Dichtlippe

Claims

Patentansprüche
1. Wälzlager mit einem im eingebauten Zustand mit einem rotierenden Bauteil verbundenen ersten Ring (1 ) sowie einem mit einem feststehen- den Teil verbundenen zweiten Ring (2), zwischen welchen zum Ermöglichen von Differenzdrehzahlen Wälzkörper (3) abrollen, wobei beiderseits der Wälzkörper (3) und zwischen dem ersten (1 ) und dem zweiten Ring (2) Dichtelemente (4), welche jeweils mit dem ersten Ring (1 ) verbunden sind und jeweils über mindestens eine erste, sich in radiale und/oder axiale Richtung erstreckende Dichtlippe (6) mit dem zweiten
Ring (2) in Kontakt stehen, und Abschirmungen (7) vorgesehen sind, welche auf den den Wälzkörpern (3) abgewandten Seiten der Dichtelemente (4) platziert und mit dem zweiten Ring (2) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtelemente (4) jeweils über eine zweite, axial verlaufende und radial nach außen orientierte Dichtlippe (8) verfügen, welche bei Stillstand oder niedrigen Drehzahlen des ersten Ringes (1 ) mit der jeweiligen Abschirmung (7) in Kontakt steht, ab einer definierten Differenzdrehzahl allerdings aufgrund der wirkenden Fliehkräfte von der jeweiligen Abschirmung (7) abhebt.
2. Wälzlager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtelemente (4) jeweils im Bereich der mindestens einen ersten Dichtlippe (6) eine weitere, dritte Dichtlippe (11 ) aufweisen, welche sich radial in Richtung des zweiten Ringes (2) und axial in Richtung der Wälzkörper (3) erstreckt und mit dem zweiten Ring (2) eine enge Durchgangsöffnung ausbildet.
3. Wälzlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine erste Dichtlippe (6) gemeinsam mit der zweiten Dicht- lippe (8) und der jeweiligen Abschirmung (7) eine Kammer (9) ausbildet, in welcher im Bereich der zweiten Dichtlippe (8) eine Anhäufung von Schmierfett (10) vorgesehen ist.
4. Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 -3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtelemente (4) jeweils im Bereich des ersten Ringes (1 ) über eine axial in Richtung der jeweiligen Abschirmung (7) orientierte, vierte Dichtlippe (12) verfügen, welche gemeinsam mit der jeweiligen Abschirmung (7) eine Verengung ausbildet.
5. Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmungen (7) jeweils über eine Presspassung mit dem zweiten Ring (2) verbunden sind.
6. Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ring (1 ) einen Außenring und der zweite Ring (2) einen Innenring darstellt.
7. Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses nach Art eines Kugellagers ausgebildet ist.
8. Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtelemente (4) jeweils durch einen mit einem Polymermaterial teilweise oder vollständig umgebenen Stützring (5) gebildet sind.
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