WO2019110035A1 - Abgedichtetes wälzlager und verfahren zum betrieb eines wälzlagers - Google Patents

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Abstract

Ein Wälzlager (1) weist eine Dichtung (6) auf, welche eine an einem ersten Lagerring (2) befestigte metallische Anlaufscheibe (7) und eine an einem zweiten Lagerring (3) befestigte Dichtscheibe (10) umfasst, die einen metallischen Armierungsring (12) und mindestens eine Dichtlippe (13, 14) aufweist. Die Anlaufscheibe (7) sowie der Armierungsring (12) weisen in Form eines Metall-Metall-Kontaktes belastungsabhängig miteinander zusammenwirkende Erhebungen (17, 19) auf.

Description

Abqedichtetes Wälzlager und Verfahren zum Betrieb eines Wälzlagers
Die Erfindung betrifft ein Wälzlager, welches mindestens eine Dichtung aufweist, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Be- trieb eines abgedichteten Wälzlagers.
Ein gattungsgemäßes Wälzlager ist beispielsweise aus der DE 10 2014 208 691 A1 bekannt. Eine Dichtung dieses Wälzlagers umfasst einen Laufring, üblicherweise auch als Anlaufscheibe bezeichnet, welcher an einem Lagerring des Wälzlagers gehalten ist. Weiter umfasst die Dichtung einen Dichtring, der am anderen Lagerring des Wälz- lagers befestigt ist. Der Dichtring, das heißt eine Dichtscheibe, weist einen metalli- schen Trägerring und mehrere Dichtlippen aus Elastomermaterial auf.
Grundsätzlich bekannt ist auch die Gestaltung von Dichtungen als Kassettendichtung. In diesem Zusammenhang wird beispielhaft auf die Dokumente DE 10 2012 207 688 A1 , DE 10 2012 204 620 A1 , WO 2015/120831 A1 und EP 1 963 697 B1 hingewiesen.
Eine abgedichtete Lageranordnung für ein landwirtschaftliches Gerät ist beispielswei- se in der DE 10 2012 207 848 A1 offenbart. Die Lagerung ist in diesem Fall als zwei- reihiges Kugellager ausgebildet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Lagerungen, welche insbesondere für landwirtschaftliche Geräte geeignet sind, gegenüber dem genannten Stand der Tech- nik weiterzuentwickeln.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Wälzlager mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ebenso wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines Wälzlagers gemäß Anspruch 9. Im Folgenden im Zusammenhang mit den Be- triebsverfahren erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gelten sinnge- mäß auch für die Vorrichtung, das heißt das Wälzlager, und umgekehrt.
Das Wälzlager weist in an sich bekannter Grundkonzeption mindestens eine Dichtung auf, welche eine an einem ersten Lagerring des Wälzlagers befestigte Anlaufscheibe aus Metall und eine am zweiten Lagerring befestigte Dichtscheibe umfasst, wobei die Dichtscheibe einen metallischen Armierungsring und mindestens eine Dichtlippe aus einem Elastomermaterial aufweist. Erfindungsgemäß weisen die Anlaufscheibe sowie der Armierungsring Erhebungen auf, welche in Form eines Metall-Metall-Kontaktes in von der mechanischen Belastung des Wälzlagers abhängiger Weise miteinander zu- sammenwirken. Insbesondere ist in Betriebsphasen hoher mechanischer Belastung, bezogen auf eine bestimmte Belastungsrichtung, ein zumindest temporärer Kontakt zwischen der Anlaufscheibe und dem Armierungsring gegeben, wogegen in anderen Betriebsphasen die Anlaufscheibe komplett vom Armierungsring beabstandet ist. Die unter festgelegten Betriebsbedingungen auftretenden Kontakte zwischen der Anlauf- scheibe und dem Armierungsring führen insbesondere zu beabsichtigten Vibrationen innerhalb dieser Betriebsphasen. Durch diese erzwungenen Vibrationen werden Schmutzansammlungen gelöst, so dass sie nicht in den Innenraum des Wälzlagers gelangen können und die Funktion der Dichtung uneingeschränkt erhalten bleibt. In typischen Anwendungsfällen ist die Gesamtdauer derjenigen Betriebsphasen, in wel- chen die Anlaufscheibe den Armierungsring kontaktiert, wesentlich kürzer als die Be- triebszeit, in der kein Kontakt zwischen Anlaufscheibe und Armierungsring gegeben ist. Der erzwungene Metall-Metall-Kontakt zwischen der Anlaufscheibe und dem Ar- mierungsring wirkt sich somit höchstens in untergeordnetem Maße auf die Reibung des Wälzlagers aus.
Gemäß einer möglichen Ausgestaltung sind die Erhebungen sowohl der Anlaufschei- be als auch des Armierungsrings als Noppen ausgebildet. Hierbei sind die Noppen des einen Rings vorzugsweise in Richtung zum anderen Ring ausgerichtet. Dies be- deutet, dass im Fall eines Kontaktes zwischen der Anlaufscheibe und dem Armie- rungsring eine als Noppe ausgebildete Erhebung der Anlaufscheibe eine ebenfalls als Noppe ausgebildete Erhebung des Armierungsrings kontaktiert. Vorzugsweise sind jeweils mindestens zwölf Erhebungen sowohl am Umfang der Anlaufscheibe als auch am Umfang des Armierungsrings verteilt.
Die Dichtung des Wälzlagers ist vorzugsweise derart gestaltet, dass die Anlaufscheibe im lastfreien Zustand vollständig von dem Armierungsring beabstandet ist. In diesem Zustand ist somit kein Metall-Metall-Kontakt zwischen zwei relativ zueinander beweg- ten Komponenten der Dichtung gegeben. Im Übrigen handelt es sich bei der Dichtung vorzugsweise um eine berührende Dichtung.
Die Anlaufscheibe befindet sich in bevorzugter Ausgestaltung auf einer Innenseite der Dichtung, also auf der den Wälzkörpern zugewandten Seite der Dichtung. Die Dicht- scheibe weist vorzugsweise zwei Dichtlippen auf, wobei zumindest in einem Teil der möglichen Betriebszustände, insbesondere in einem mechanisch belasteten Zustand, eine der Dichtlippen die Anlaufscheibe und die andere Dichtlippe ausschließlich einen der Lagerringe kontaktiert.
Sowohl die Anlaufscheibe als auch der Armierungsring ist rationell als Blechteil her- stellbar. Hierbei können die Erhebungen, insbesondere in Form von Noppen, in einem einzigen Verfahrensschritt zusammen mit der Formung des jeweiligen ringförmigen Bauteils, das heißt der Anlaufscheibe oder des Armierungsrings, erzeugt werden. Die Wandstärke des Armierungsrings ist in bevorzugter Ausgestaltung geringer als die Wandstärke der Anlaufscheibe.
Das Wälzlager kann Wälzkörper beliebiger Gestalt, beispielsweise Rollen, Nadeln o- der Kugeln, sowie eine beliebige Anzahl an Wälzkörperreihen aufweisen. Beispiels- weise handelt es sich bei dem Wälzlager um ein zweireihiges Kugellager. In bevor- zugten Ausgestaltungen ist das Wälzlager hauptsächlich zur Übertragung von Radial- kräften vorgesehen.
Unabhängig von Art und Anordnung der Wälzkörper ist das Wälzlager in folgenden Betriebszuständen nutzbar: - In einem Betriebszustand des Wälzlagers mit geringer mechanischer Belastung rotieren die Lagerringe relativ zueinander, wobei die Anlaufscheibe den Armie- rungsring nicht berührt,
- in einem Betriebszustand mit erhöhter mechanischer Belastung kontaktiert der
Armierungsring die Anlaufscheibe derart, dass durch die Form von Armierungs- ring und Anlaufscheibe oszillierende Relativbewegungen zwischen dem Armie- rungsring und der Anlaufscheibe erzeugt werden, deren Frequenz höher als die Drehzahl des Wälzlagers ist.
Sofern es sich bei dem Wälzlager um ein Radiallager handelt, sind die im Wälzlager durch Kontakt zwischen der Anlaufscheibe und dem Armierungsring erzwungenen Oszillationen vorzugsweise hauptsächlich in Axialrichtung des Wälzlagers ausgerich- tet. Der Betriebszustand, in welchem der Armierungsring die Anlaufscheibe kontak- tiert, kann hierbei durch Axialkräfte zwischen den Lagerringen erzwungen werden.
Das Wälzlager ist besonders für die Verwendung in landwirtschaftlichen Maschinen geeignet. Hierbei kann es sich sowohl um mobile als auch um stationäre Maschinen handeln. Ebenso ist das Wälzlager in industriellen Anlagen, insbesondere in ver- schmutzungsintensiven Bereichen, einsetzbar.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung nä- her erläutert. Hierin zeigen:
Fig. 1 ein Wälzlager in einer Schnittdarstellung,
Fig. 2 und 3 ein Detail des Wälzlagers in verschiedenen Betriebszuständen,
Fig. 4 das Wälzlager in einer Explosionsdarstellung, Fig. 5 das Wälzlager in perspektivischer Ansicht,
Fig. 6 bis 8 eine Anflaufscheibe einer Dichtung des Wälzlagers,
Fig. 9 in einer schematischen Schnittdarstellung ausschnittsweise die Anlauf- scheibe sowie einen Armierungsring der Dichtung des Wälzlagers.
Bei einem insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneten Wälzlager handelt es sich um ein zweireihiges Kugellager. Das Kugellager 1 umfasst zwei Lagerring 2, 3, nämlich einen Innenring 2 und einen Außenring 3, zwischen welchen Kugeln 4 abrol- len, die in einem Käfig 5 geführt sind. Weiter umfasst das Wälzlager 1 eine Dichtung 6, auf welche im Folgenden näher eingegangen wird. Im Ausführungsbeispiel befindet sich an genau einer Stirnseite des Wälzlagers 1 eine Dichtung 6. Ebenso könnte sich an der zweiten Stirnseite eine entsprechend gestaltete Dichtung 6 befinden.
Die Dichtung 6 umfasst eine Anlaufscheibe 7, welche am Innenring 2 gehalten ist. Die Anlaufscheibe 2 ist aus Blech gefertigt und weist, wie insbesondere aus den Fig. 2 und 3 hervorgeht, im Querschnitt eine abgewinkelte Form auf. Ein Scheibenabschnitt
8 der Anlaufscheibe 7 liegt im Wesentlichen in einer Ebene, welche normal zur Mittel- achse des Wälzlagers 1 ausgerichtet ist. An den inneren Rand des Scheibenab- schnitts 8 schließt ein Bord 9 an, welcher eine zylindrische Form beschreibt. Der Bord
9 liegt an einem ringförmig umlaufenden Absatz 16 des Innenrings 2 an. Der Absatz 16 stellt eine Begrenzung einer Ringnut 18 dar, deren in Axialrichtung gemessene Breite geringer als die in derselben Richtung gemessene Breite des Bordes 9 ist. Au- ßerhalb der Ringnut 18 liegt der Bord 9 flächig auf der Außenumfangsfläche des In- nenrings 2 auf. Der an den Bord 9 anschließende Scheibenabschnitt 8 erstreckt sich über den größten Teil des ringförmigen Spaltes, welcher zwischen der Außenum- fangsfläche des Innenrings 2 und der Innenumfangsfläche des Außenrings 3 gebildet ist, kontaktiert jedoch in keinem Betriebszustand den Außenring 3. Die Anlaufscheibe 7 befindet sich auf der Innenseite der Dichtung 6, das heißt auf der den Wälzkörpern 4 zugewandten Seite der Dichtung 6. Als äußere, das heißt einer Stirnseite der Lagerringe 2, 3 zugewandte Komponente der Dichtung 6 fungiert eine Dichtscheibe 10, die in einer Nut 15 im Außenring 3 gehalten ist. Im Unterschied zur Anlaufscheibe 7 handelt es sich bei der Dichtscheibe 10 um ein Teil, welches eine Mehrzahl an Werkstoffen umfasst. Ein Trägerring 12, auch als Armierungsring be- zeichnet, der Dichtscheibe 10 ist hierbei, ebenso wie die Anlaufscheibe 7, aus Stahl- blech gefertigt. Der Armierungsring 12 ist fest verbunden mit einem Elastomerring 11 , welcher zwei Dichtlippen 13, 14 aufweist.
Die Zusammenwirkung zwischen der Anlaufscheibe 7 einerseits und der Dichtscheibe 10 andererseits ist abhängig davon, inwieweit Axialkräfte zwischen den Lagerringen 2, 3 wirken. In Fig. 2 sind solche Axialkräfte durch Pfeile veranschaulicht. Die Axialkräfte, welche beim Betrieb des hauptsächlich als Radiallager ausgelegten Wälzlagers 1 auf- treten können, führen dazu, dass die Anlaufscheibe 7 den Armierungsring 12 kontak- tiert. Hierbei berühren Noppen 17, welche am Umfang des Scheibenabschnitts 8 ver- teilt sind, Noppen 19, die in analoger Weise am Umfang des Armierungsrings 12 ver- teilt sind. Die verschiedenen Noppen 17, 19 sind hierbei einander zugewandt, so dass im Fall eines Kontaktes zwischen der Anlaufscheibe 7 und dem Armierungsring 12 zwei konvexe, durch die Noppen 17, 19 gebildete Konturen aneinander stoßen. Im Ausführungsbeispiel weist die Anlaufscheibe 7 insgesamt dreißig Noppen 17 auf. Der Armierungsring 12 weist in analoger Gestaltung dreißig Noppen 19 auf. Die Noppen 17, 19 sind somit auf der Anlaufscheibe 7 beziehungsweise auf dem Armierungsring 12 jeweils im Winkel von 12° voneinander beabstandet. Am Elastomerring 11 sind Noppen 20 zu erkennen, deren Form der Form der Noppen 19 angepasst ist.
Im Betriebszustand gemäß Fig. 2 kontaktiert die Dichtlippe 13 ausschließlich den In- nenring 2, während die Dichtlippe 14 sowohl den Innenring 2 als auch die Anlauf- scheibe 7 kontaktiert. Die insgesamt sechzig Noppen 17, 19 der Anlaufscheibe 7 so- wie des Armierungsrings 12 sorgen dafür, dass die Rotation des Innenrings 2 relativ zum Außenring 3 zu einer schnell oszillierenden Axialbewegung zwischen den Lager- ringen 2, 3 führt. Die Frequenz dieser schnell oszillierenden, vibrierenden Axialbewe- gung ist um ein Vielfaches höher als die Drehzahl des Wälzlagers 1 , jeweils in Hz an- gegeben. Ist die Dichtung 6 mit Schmutz beladen, so entfernt die erzwungene Vibrati- on diesen Schmutz von der Dichtung 6. Die Wahrscheinlichkeit eines Eindringens von Schmutz in den Innenraum des Wälzlagers 1 oder einer Schädigung der Dichtung 6 ist damit im Vergleich zu herkömmlich aufgebauten Dichtungen drastisch reduziert.
Details der Anlaufscheibe 7 sowie des Armierungsrings 12 gehen aus Fig. 9 hervor. Hierin ist die Tangentialrichtung, in welcher die Anlaufscheibe 7 gegenüber dem Ar- mierungsring 12 bewegt wird, mit TR bezeichnet. Die mit W1 bezeichnete Wandstärke der Anlaufscheibe 7 ist größer als die mit W2 bezeichnete Wandstärke des Armie- rungsrings 12. Der Betriebszustand des Wälzlagers 1 gemäß Figur 9 entspricht dem in Fig. 3 dargestellten Zustand. Hierbei ist der Armierungsring 12 vollständig von der Anlaufscheibe 7 abgehoben, so dass durch die Dichtung 6 keine Vibrationen erzeugt werden. Dieser Betriebszustand ist während des größten Teils der gesamten Be- triebsdauer des Wälzlagers 1 gegeben.
Bezuqszeichenliste
1 Wälzlager, Kugellager
2 Innenring
3 Außenring
4 Wälzkörper, Kugel
5 Käfig
6 Dichtung
7 Metallscheibe, Anlaufscheibe
8 Scheibenabschnitt
9 Bord
10 Dichtscheibe
11 Elastomerring
12 Trägerring, Armierungsring
13 Dichtlippe
14 Dichtlippe
15 Nut
16 Absatz
17 Erhebung, Noppe
18 Ringnut
19 Erhebung, Noppe
20 Erhebung
TR Tangentialrichtung
W1 , W2 Wandstärke

Claims

Patentansprüche
1. Wälzlager (1 ) mit einer Dichtung (6), welche eine an einem ersten Lagerring (2) befestigte metallische Anlaufscheibe (7) und eine an einem zweiten Lager- ring (3) befestigte Dichtscheibe (10) umfasst, die einen metallischen Armie- rungsring (12) und mindestens eine Dichtlippe (13,14) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlaufscheibe (7) sowie der Armierungsring (12) in Form eines Metall-Metall-Kontaktes belastungsabhängig miteinander zusam- menwirkende Erhebungen (17,19) aufweisen.
2. Wälzlager (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebun- gen (17,19) als Noppen ausgebildet sind.
3. Wälzlager (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils mindestens zwölf Erhebungen (17,19) am Umfang der Anlaufscheibe (7) sowie des Armierungsrings (12) verteilt sind.
4. Wälzlager (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (6) derart ausgebildet ist, dass die Anlaufscheibe (7) im last- freien Zustand vollständig von dem Armierungsring (12) beabstandet ist.
5. Wälzlager (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Anlaufscheibe (7) auf einer Innenseite der Dichtung (6) befindet.
6. Wälzlager (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicht- scheibe (10) zwei Dichtlippen (13,14) aufweist, wobei zumindest in einem me chanisch belasteten Zustand, in welchem ein Metall-Metall-Kontakt zwischen der Anlaufscheibe (7) und dem Armierungsring (12) hergestellt ist, eine der Dichtlippen (14) die Anlaufscheibe (7) und die zweite Dichtlippe (13) aus- schließlich einen Lagerring (2) kontaktiert.
7. Wälzlager (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Armierungsring (12) eine geringere Wandstärke (W2) als die Anlauf- scheibe (7) aufweist.
8. Wälzlager (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dieses als zweireihiges Kugellager ausgebildet ist.
9. Verfahren zum Betrieb eines Wälzlagers (1 ), welches zwei Lagerringe (2,3) aufweist, zwischen denen eine Dichtung (6) wirksam ist, wobei eine metallische Anlaufscheibe (7) am ersten Lagerring (2) und eine Dichtscheibe (10) mit ei- nem metallischen Armierungsring (12) am zweiten Lagerring (3) gehalten ist, mit folgenden Merkmalen:
- In einem Betriebszustand des Wälzlagers (1 ) mit geringer mechanischer Be- lastung rotieren die Lagerringe (2,3) relativ zueinander, wobei die Anlauf- scheibe (7) den Armierungsring (12) nicht berührt,
- in einem Betriebszustand mit erhöhter mechanischer Belastung kontaktiert der Armierungsring (12) die Anlaufscheibe (7) derart, dass durch die Form von Armierungsring (12) und Anlaufscheibe (7) oszillierende Relativbewe- gungen zwischen dem Armierungsring (12) und der Anlaufscheibe (7) er- zeugt werden, deren Frequenz höher als die Drehzahl des Wälzlagers (1 ) ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die im Wälzla- ger (1 ) durch Kontakt zwischen der Anlaufscheibe (7) und dem Armierungs- ring (12) erzwungenen Oszillationen überwiegend in Axialrichtung des Wälzla- gers (1 ) ausgerichtet sind.
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