DE102009006955A1

DE102009006955A1 - Dichtungselement für ein Lager

Info

Publication number: DE102009006955A1
Application number: DE200910006955
Authority: DE
Inventors: Johannes Bedenk; Harald Peschke
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-01-31
Filing date: 2009-01-31
Publication date: 2010-08-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Dichtungselement zur Abdichtung es Zwischenraums (2) zwischen zwei Lagerringen (3, 4), umfassend einen im wesentlichen kreisringförmigen Korpus (5), eine Dichtlippe (10) und eine mit dem Korpus (5) einteilige Vordichtung (13), wobei die Vordichtung (13) an der von dem Zwischenraum (2) fortweisenden Seite des Korpus (5) eine Förderstruktur (14) aufweist. Das genannte Dichtungselemente löst dabei die Aufgabe, ein einfach gebautes Dichtungselement zur Abdichtung des Zwischenraums zwischen Lagerringen anzugeben, das insbesondere in stark mit Schmutzpartikeln belasteter Umgebung eingesetzt werden kann.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Dichtungselement zur Abdichtung des Zwischenraums zwischen zwei Lagerringen.
Aus der Praxis sind Einbausituationen für Lager, speziell für Lager mit einem Innen- und einem Außenring, bekannt, bei der das Lager in einer stark verschmutzten, insbesondere mit Partikeln und groben Schmutzteilchen belasteten Umgebung, eingebaut ist. Eine derartige Einbausituation stellt hohe Anforderungen an die Funktion eines Dichtelementes, insbesondere eines Dichtelementes mit einer radial umlaufenden Lippendichtung, da die auf das Korpus des Lagerelementes, insbesondere in Nähe der Lippendichtung, auftreffenden Partikel und Schmutzteilchen die Lippendichtung beeinträchtigen oder zerstören können. Aus der Praxis sind hierzu Schmutz- oder Schleuderscheiben bekannt, die von dem Dichtelement baulich getrennt angeordnet sind und die grobe Partikel von dem Dichtelement mit der Lippendich tung abhalten. Derartige Scheiben erfordern einen zusätzlichen Bauraum in axialer Richtung.
DE 696 21 202 T2 beschreibt eine Dichtungsvorrichtung für ein Wälzlager mit einem drehenden Lagerring, wobei die Dichtungsvorrichtung ein Dichtungselement mit einer mit Elastomer umspritzten metallischen Armierung aufweist, das eine Dichtlippe umfasst, die an dem Innenring dichtend anliegt, wobei das Dichtungselement auf einer von dem Zwischenraum zwischen den beiden Lagerringen fort weisenden Seite einen Vorsprung aus Elastomer aufweist. Der Vorsprung liegt dichtend an einem Zentrifugalelement, das drehfest mit dem sich drehenden Lagerring verbunden ist. Grobe Schmutzpartikel, die auf die Dichtungsvorrichtung treffen, werden von dem Zentrifugalelement in Zusammenwirken mit dem Vorsprung an dem Dichtungselement weggeschleudert. Nachteilig ist, dass das Zentrifugalelement als zusätzliches Bauteil vorgesehen sein muss, um die groben Schmutzpartikel von der Lippendichtung abhalten zu können.
DE 102 59 400 A1 beschreibt eine Dichtungsanordnung für ein Wälzlager mit einem sich drehenden Lagerring und einer Lippendichtung. Die Dichtungsanordnung umfasst ein Dichtungselement sowie ein scheibenförmiges, an dem sich drehenden Lagerring befestigtes Strömungsleitelement, das eine nahe dem sich drehenden Lagerring angeordnete Einlassöffnung für Luft und entfernt von dem sich drehenden Lagerring angeordnete Auslassöffnung für Luft aufweist. Damit tritt zwischen dem Strömungsleitelement und dem Dichtungselement eine Luftströmung auf, die weg von der Dichtlippe gerichtet ist, so dass im Bereich der Dichtlippe ein leichter Unterdruck entsteht, der für ein sicheres Anliegen der Dichtlippe an dem sich drehenden Lagerring sowie für einen Transport von Partikeln weg von der Dichtlippe sorgt. Die Luftströmung zwischen dem Dichtungselement und dem Strömungsleitelement wird von sich radial erstreckenden Stegen, Rippen oder steifen Fahnen gesteuert, die den Unterdruck bewirken. Auch in diesem Fall ist zusätzlich zu dem Dichtungselement mit der Dichtlippe ein weiteres Bau teil, nämlich das Strömungsleitelement, erforderlich, um die Dichtlippe zu schützen.
DE 102 46 398 A1 beschreibt ein Dichtungselement, das mit einer sich axial und radial erstreckenden Schleuderhülse zusammenwirkt, wobei eine axiale Dichtlippe an dem axialen Abschnitt der Schleuderhülse anliegt.
Aufgabe der Erfindung
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein einfach gebautes Dichtungselement zur Abdichtung des Zwischenraums zwischen Lagerringen anzugeben, das insbesondere in stark mit Schmutzpartikeln belasteter Umgebung eingesetzt werden kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Dichtungselement mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Die mit dem Korpus des Dichtungselementes einteilige Vordichtung ermöglicht einen platzsparenden Einbau des Dichtungselementes, das insbesondere auch in axialer Richtung nur wenig Bauraum beansprucht. Zwischen der Vordichtung und der Dichtlippe befindet sich ein Zwischenbereich, so dass Partikel, die auf die Vordichtung prallen und dort auf das Dichtungselement einen Impuls übertragen, nicht die dichtende Anlage der Dichtlippe beeinträchtigen, so dass der Zwischenbereich zwischen der Vordichtung und der Dichtlippe als Pufferzone wirken kann. Die Vordichtung ist in das Dichtungselement baulich integriert, so dass ein zusätzliches Bauteil, mit dem das die Dichtlippe tragende Dichtungselement zusammen wirken müsste, nicht erforderlich ist und sich der Aufbau des Dichtungselementes insgesamt einfach gestaltet.
Die Förderstruktur an der nach außen, von dem Zwischenraum weg weisenden Seite der Vordichtung ermöglicht ein Entfernen solcher Partikel, die in die Nähe der Dichtlippe gekommen sind. Die Förderstruktur leitet derartige Partikel insbesondere in radialer Richtung weg von der Dichtlippe, wobei auch eine Förderung in axialer Richtung auftritt. Als Förderstruktur werden dabei solche an der nach außen weisenden Seite der Vordichtung angeordneten Leitflächen angesehen, die einen Transport von Partikeln weg von der Dichtlippe, insbesondere in radialer, aber auch in axialer Richtung, ermöglichen bzw. unterstützen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Förderstruktur Rippen, insbesondere im wesentlichen radial gerichtete Rippen, umfasst. Die Rippen versteifen die nach außen weisende Seite der Vordichtung mechanisch, so dass bei einem Aufprallen eines massiven Partikels auf die nach außen weisende Seite der Vordichtung diese nicht nachgibt. Die Rippen wirken damit als Versteifungssicken. Weiter bilden die Rippen als Seitenflächen Flanken aus, die als Leitflächen der Förderstruktur wirken und eine Förderung der aufprallenden Partikel fort von der Dichtlippe ermöglichen bzw. unterstützen. Sofern die Rippen über die Oberfläche des Korpus des Dichtungselementes vorstehen, bewirken die Rippen, dass sehr große Partikel, deren Abmessungen größer als der Abstand benachbarter Rippen ist, gar nicht erst in Kontakt mit der Vordichtung kommen. Sind die Rippen im wesentlichen radial bezogen auf die Achse des kreisringförmigen Korpus des Dichtungselementes gerichtet, bietet sich der Vorteil, dass die Förderrichtung der Flanken der Rippen unabhängig von der Drehrichtung des Dichtungselementes ist. Es versteht sich aber, dass die Rippen auch bogenförmig ausgebildet sein können, insbesondere dann, wenn das Dichtungselement für eine Einbausituation mit einer bevorzugten Drehrichtung vorgesehen ist.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Rippen ein dreieckiges Querschnittsprofil aufweisen. Die Flanken der Rippen sind dann zu der Drehachse geneigt und fördern auftreffende Partikel weg von der Dichtlippe. Es versteht sich aber, dass die Rippen auch ein Querschnittsprofil mit einem Hinterschnitt aufweisen können, wenn eine gezielte Förderung entlang der den Hinterschnitt begrenzenden Teilfläche der Rippe erforderlich ist.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass mit zunehmenden radialen Abstand von der Dichtlippe sich die Rippen verbreitern, so dass sich der Abstand zwischen benachbarten Rippen verjüngt und entlang der Rippen geförderte Partikel auch in axialer Richtung einen Impuls erhalten, der sie von der Dichtlippe fortführt.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass zwei benachbarte Rippen einen Führungskanal einschließen, und dass die axiale Tiefe des Führungskanals mit zunehmenden Abstand von der Dichtlippe abnimmt. Entlang des Führungskanals im wesentlichen radial weg geförderte Partikel erhalten damit einen Impuls in axialer Richtung, der sie weiter von der Dichtlippe wegführt.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Rippen aus Elastomer ausgebildet sind. Die Rippen sind damit einteilig mit der ebenfalls aus Elastomer gefertigten Dichtlippe. Die Rippen bzw. der zwischen benachbarten Rippen eingeschlossene Bereich der Vordichtung kann dann, ähnlich wie die Dichtlippe selbst, unter einer leichten Vorspannung an dem Lagerring anliegen. Ist das Material des zwischen den benachbarten Rippen eingeschlossenen Bereichs der Vordichtung sehr dünn, tritt bei anfänglichen Betrieb des Dichtungselementes ein geringer Materialabtrag auf, bis die Vordichtung an dem Lagerring sehr eng anliegt und ein sehr dünner Dichtspalt ausgebildet ist, der die Dichtwirkung der Dichtlippe wesentlich unterstützt. Die Ausbildung der Rippen aus Elastomer bietet auch die Möglichkeit, auftreffende Partikel elastisch aufzufangen und abzuweisen, wobei der Impulsübertrag auf die Vordichtung nur zu einer kurzfristigen elastischen Verformung der Rippe ohne bleibende Schädigung führt. Weiter bietet sich die Möglichkeit, die Rippen sowie die Dichtlippe gemeinsam, bei einem einzigen Verfahrensschritt, und damit materialschlüssig mit der Elastomer-Umspritzung der metallischen Einlage des Korpus des Dichtungselementes, herzustellen.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung näher beschrieben und erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ausschnittsweise einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Dichtungselementes.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt ein Dichtungselement 1, das einen Zwischenraum 2 zwischen zwei Lagerringen 3, 4 abdichtet. Das Dichtungselement 1 umfasst ein kreisringförmiges Korpus 5 mit einer metallischen Armierung 6 sowie einer Umspritzung 7 aus Elastomer. Das kreisringförmige Korpus 5 weist eine Drehachse auf, relativ zu der eine axiale und eine radiale Richtung definiert sind. Das Korpus 5 erstreckt sich insbesondere in radialer Richtung, wogegen die Erstreckung in axialer Richtung nur gering ist. Eine Profilierung 8 des Elastomers ist in einer Aufnahmenut 9 des zweiten Lagerrings 3 aufgenommen, so dass das Dichtungselement an dem zweiten Lagerring 3 befestigt ist.
Mit dem ersten Lagerring 4 bildet das Dichtungselement 1 eine Lippendichtung aus; hierzu umfasst das Dichtungselement 1 eine Dichtlippe 10, die unter einer leichten Vorspannung gegen die Anlagefläche 11 an der Mantelfläche 12 des ersten Lagerrings 4 anliegt.
Mit dem Korpus 5 des Dichtungselementes 1 einteilig ist eine Vordichtung 13, die eine Förderstruktur 14 aufweist. Die Vordichtung 13 bildet mit der Mantelfläche 12 des ersten Lagerrings 4 einen Dichtspalt mit nur geringer radialer Erstreckung aus. Die Förderstruktur 14 ist auf der von dem Zwischenraum 2 fort weisenden Seite 15 des Korpus 5 angebracht.
Die Förderstruktur 14 umfasst radial gerichtete Rippen 16, die in einer Schnittebene senkrecht zu der Erstreckung der Rippen 16 einen im wesentlichen dreieckigen Querschnitt aufweisen. Flanken 17 bilden Führungsflächen der Förderstruktur 14 aus, so dass auf die Rippen 16 treffende Partikel von der Dichtlippe 10 fort gelenkt werden.
Mit zunehmenden radialen Abstand von der Dichtlippe 10 verbreitern sich die Rippen 16, so dass in einer Draufsicht auf das Dichtungselement 1 die Förderstruktur 14 mit keilförmigen Rippen 16 erscheint, wobei die Keile in radialer Richtung auf die Dichtlippe 10 hin zulaufen. Die Rippen 16 bestehen ebenso wie die Dichtlippe 10 aus Elastomer und sind mit der Elastomer-Umspritzung 7 der Armierung 6 einteilig ausgebildet. Die Rippen 16 weisen eine axiale Dicke auf, die ca. das Doppelte der Dicke der Dichtlippe 10 beträgt. Die Kante der Rippe 16, die der Spitze des dreieckigen Querschnittsprofils entspricht, ist im wesentlichen parallel zu der Ebene der Seite 15 ausgerichtet, über die die Rippe 16 nur wenig in axialer Richtung übersteht.
Zwischen zwei benachbarten Rippen 16 wird ein im Querschnitt V-förmiger, sich mit radialen Abstand von der Dichtlippe 10 weg verjüngender Bereich ausgebildet, der zu beiden Seiten von den Flanken 17 der angrenzenden Rippen 16 begrenzt ist. Zwischen zwei Rippen 16 wird damit ein Führungskanal 18 ausgebildet, dessen axiale Erstreckung mit zunehmenden radialen Abstand zu der Dichtlippe 10 geringer wird.
Im Bereich des Führungskanals 18 ist die Materialdicke der Förderstruktur 14 nur gering, insbesondere ist vorgesehen, dass die Vordichtung 13 mit einer leichten Vorspannung an der Anlagefläche 12 anliegend eingebaut wird. Im Betrieb des Dichtungselementes 1 verringert sich die Materialdicke weiter, so dass ein nur sehr enger Spalt zwischen der Förderstruktur 14 und der Anlagefläche 12 ausgebildet wird.
Zwischen der Vordichtung 13 und der Dichtlippe 10 wird ein Zwischenbereich 19 ausgebildet, in dem feine Partikel, die die Vordichtung 13 passiert haben, von der Dichtlippe 10 zurückgehalten werden.
Das vorstehend beschriebene Dichtelement 1 ermöglicht die Ausbildung eines sehr dünnen Dichtspaltes zwischen der Vordichtung 13 und der Anlagefläche 11. Dieser dünne Dichtspalt unterstützt die Dichtlippe 10 in ihrer Funktion, so dass die Vorspannung, mit der die Dichtlippe 10 an der Anlagefläche 11 anliegt, reduziert sein kann. Eine derartige Situation kann günstig sein, wenn die Dichtlippe 10 ein fluides Medium, beispielsweise ein Schmiermittel, in den Zwischenraum 2 passieren lassen soll, aber in dem Schmiermittel transportierte Teilchen, auch sehr kleine Partikel, nicht in den Zwischenraum 2 gelangen dürfen.
Eine spezielle Anwendung des Dichtelementes 1 ist für sogenannte Clean Bearings in Fahrzeug-Schaltgetrieben vorgesehen, bei denen das Dichtelement 1 Getriebeöl in den Zwischenraum 2 einlassen können soll, allerdings sichergestellt werden muss, dass Partikel nicht in den Zwischenraum 2 gelangen dürfen. Aufgrund der nur geringen Vorspannung, mit der die Dichtlippe 10 anliegt, wird der Eintritt des Getriebeöls in den Zwischenraum 2 erleichtert, während die Dichtlippe 10 zusammen mit der Vordichtung 13 gemeinsam sicherstellen, dass keine Partikel in den Zwischenraum 2 gelangen können.
Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel waren die Rippen 16 der Förderstruktur 14 vollständig aus Elastomer ausgebildet. Es versteht sich, dass die Rippen 16 bzw. die Bestandteile der Förderstruktur 14 allgemein von der Elastomer-Umspritzung 7 getrennt ausgebildet und nach dem Umspritzen der Armierung 6 mit dem Elastomer an dem Korpus 5 angebracht sein können. Es versteht sich weiter, dass die Armierung 6 eine rippenartige Strukturierung aufweisen kann, die nach der Umspritzung mit dem Elastomer die Rippen der Förderstruktur 14 ausbilden.
Es versteht sich ferner, dass die Vordichtung 13 an der auf den Zwischenbereich 19 weisenden Seite eine weitere Förderstruktur aufweisen kann, wobei die weitere Förderstruktur bewirkt, dass feine Partikel, die den schmalen Spalt zwischen der Vordichtung 13 und der Anlagefläche 11 passiert haben, in dem Zwischenbereich 19 dauerhaft gefangen werden und nicht zu der Dichtlippe 10 gelangen. In diesem Fall ist der Zwischenbereich 19 als Sammeltasche ausgebildet.

1: Dichtungselement
2: Zwischenraum
3: erster Lagerring
4: zweiter Lagerring
5: Korpus des Dichtungselementese 1
6: Armierung
7: Umspritzung
8: Profilierung
9: Aufnahmenut
10: Dichtlippe
11: Anlagefläche
12: Mantelfläche des ersten Lagerrings 3
13: Vordichtung
14: Förderstruktur
15: Seite
16: Rippe
17: Flanke
18: Führungskanal
19: Zwischenbereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 69621202 T2 [0003]
- DE 10259400 A1 [0004]
- DE 10246398 A1 [0005]

Claims

Dichtungselement zur Abdichtung des Zwischenraums (2) zwischen zwei Lagerringen (3, 4), umfassend ein im wesentlichen kreisringförmiges Korpus (5), eine Dichtlippe (10), und eine mit dem Korpus (5) einteilige Vordichtung (13), wobei die Vordichtung (13) an der von dem Zwischenraum (2) fort weisenden Seite des Korpus (5) eine Förderstruktur (14) aufweist.
Dichtungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderstruktur (14) Rippen (16), insbesondere im wesentlichen radial gerichtete Rippen (16), umfasst.
Dichtungselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (16) ein dreieckiges Querschnittsprofil aufweisen.
Dichtungselement nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit zunehmenden radialen Abstand von der Dichtlippe (10) die Rippen (16) sich verbreitern.
Dichtungselement nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei benachbarte Rippen (16) einen Führungska nal (18) einschließen, und dass die axiale Tiefe des Führungskanals (18) mit zunehmenden radialen Abstand von der Dichtlippe (10) abnimmt.
Dichtungselement nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (16) aus Elastomer ausgebildet sind.