DE102011076276A1

DE102011076276A1 - Dichtungsring mit poröser Membran

Info

Publication number: DE102011076276A1
Application number: DE102011076276A
Authority: DE
Inventors: Andreas Kaiser; Frank EICHELMANN
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-05-23
Filing date: 2011-05-23
Publication date: 2012-11-29

Abstract

Zusammenfassend betrifft die Erfindung einen Dichtungsring zur Abdichtung einer Lagerung aufweisend einen Befestigungsbereich vorgesehen zur Befestigung an einem drehbaren oder statischen Lagerring der Lagerung, einen Dichtungsbereich der dazu vorgesehen ist, zusammen mit einem Bestandteil der Lagerung wenigstens eine Teildichtung zwischen dem Dichtungsring und dem relativ zu diesem drehbaren Lagerring zu bilden, und einen den Befestigungsbereich mit dem Dichtungsbereich verbindenden Mittelbereich. Es wird versucht die Lebensdauer einer Lagerung zu erhöhen, indem bereits eingedrungenes Wasser verdampft und durch eine dampfdiffusionsoffene Membran aus dem Lagerinneren herausgeleitet wird. Dazu weist der Mittelbereich eine Ausnehmung auf, wobei die Ausnehmung sowohl in einen durch den Dichtungsring abgedichteten Bereich, als auch in einen nicht abgedichteten Außenraum mündet und wobei die Ausnehmung zumindest die Membran oder einen die Membran enthaltenden Membranverbund enthält.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Dichtungsring zur Abdichtung einer Lagerung aufweisend einen Befestigungsbereich vorgesehen zur Befestigung an einem drehbaren oder statischen Lagerring der Lagerung, einen Dichtungsbereich der dazu vorgesehen ist, zusammen mit einem Bestandteil der Lagerung wenigstens eine Teildichtung zwischen dem Dichtungsring und dem relativ zu diesem drehbaren Lagerring zu bilden, und einen den Befestigungsbereich mit dem Dichtungsbereich verbindenden Mittelbereich.
Stand der Technik
Hintergrund der Erfindung
Aus US 7,287,908 B2 und DE 103 58 876 A1 sind Kassettendichtungen mit Dichtungsringen bekannt, die einen Befestigungsbereich, einen Dichtungsbereich und einen dazwischen liegenden Mittelbereich bekannt, wobei der Dichtungsbereich im wesentlichen durch ein Elastomer mit einer Dichtlippe im Schleifkontakt gebildet wird.
Problematisch an den Dichtungsanordnungen im Stand der Technik ist, dass die Abdichtung sowohl für Luft als auch für Flüssigkeiten in beide Richtungen wirkt, d.h. in den abgedichteten Wälzraum der Lagerung hinein, sowie heraus. Einerseits soll das Eindringen von Wasser verhindert werden, womit aber auch einmal eingedrungenes Wasser auch am Verlassen des Innenraumes gehindert wird, damit umso mehr zum Rostfraß beitragen kann und die Lebensdauer der Lagerung reduziert.
Alternativ könnte man eine Dichtungsanordnung ohne jegliche Dichtlippe vorsehen, was jedoch den wenigsten Dichtungsanforderungen genügt.
Aufgabenstellung
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist daher die Lebensdauer einer Lagerung zu verbessern.
Die Aufgabe wird durch eine Lagerung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Mittelbereich eine Ausnehmung aufweist, wobei die Ausnehmung sowohl in einen durch den Dichtungsring abgedichteten Bereich, als auch in einen nicht abgedichteten Außenraum mündet, wobei die Ausnehmung zumindest eine Membran oder einen die Membran enthaltenden Membranverbund enthält.
Erfindungsgemäß weist der Dichtungsring zur Abdichtung einer Lagerung folgendes auf: einen Befestigungsbereich, vorgesehen zur Befestigung an einem drehbaren oder statischen Lagerring der Lagerung, einen Dichtungsbereich, der dazu vorgesehen ist zusammen mit einem Bestandteil der Lagerung wenigstens eine Teildichtung zwischen dem Dichtungsring und dem relativ zu diesem drehbaren Lagerring zu bilden, und einen den Befestigungsbereich mit dem Dichtungsbereich verbindenden Mittelbereich.
Der Befestigungsbereich kann beispielsweise durch ein Elastomer zur statischen Abdichtung zwischen Dichtungsring und Lagerring gebildet werden, aber auch durch eine zylindrische Ausbildung, die im Presssitz befestigbar ist.
Der Dichtungsbereich kann im wesentlichen durch eine Spaltdichtung und/oder eine schleifende Dichtungslippe realisiert werden. Der Dichtungsbereich wird durch den Dichtungsring innerhalb der Dichtungsanordnung, wie beispielsweise einer Kassettendichtung, positioniert, um eine Dichtungswirkung zu erzielen. In diesem Fall stellt der Dichtungsbereich nur eine Teildichtung der gesamten Dichtungsanordnung dar, die noch aus weiteren Teildichtungen oder Dichtungselementen bestehen kann.
Der Mittelbereich hat die Aufgabe den abgedichteten Raum, wie zum Beispiel den Wälzlagerinnenraum oder auch Wälzraum einer als Wälzlager ausgeführten Lagerung von einem nicht abgedichteten Raum (Außenwelt) zu trennen und den Dichtungsbereich mit dem Befestigungsbereich zu verbinden.
Erfindungsgemäß ist der Mittelbereich mit einer Ausnehmung versehen, die eine poröse Membran enthält. Eine poröse Membran ist eine Membran, die mit Poren versehen ist. Die Größe der Poren ist jedoch derart klein, dass kein Wassertropfen aufgrund dessen Oberflächenspannung durch dieses Loch bzw. durch die Pore hindurchgelangen kann. Damit ist die Membran und auch der Mittelteil der Dichtungsanordnung wasserdicht.
Im Folgenden wird Wassertropfen von Wasserdampftropfen dahingehend unterschieden, dass der Wassertropfen ein Tropfen aus Wasser ist, der sich bei einer Temperatur unter dem Wassersiedepunkt bildet und ein Wasserdampftropfen ebenfalls ein Tropfen aus Wasser ist, der sich jedoch bei einer Temperatur über dem Wassersiedepunkt bildet.
Der Mittelteil des Dichtungsringes weist eine Ausnehmung auf, wobei die Ausnehmung sowohl in einen durch den Dichtungsring abgedichteten Bereich (z.B. Wälzlagerinnenraum), als auch in einen nicht abgedichteten Außenraum (Außenwelt) mündet, wobei die Ausnehmung zumindest die poröse Membran oder einen die poröse Membran enthaltenden Membranverbund enthält.
Vorteilhafterweise ist die Membran eine Mikroporen aufweisende Membran. Der Durchmesser einer solchen Pore ist kleiner als 100 Mikrometer. Bei einem Tropfendurchmesser von 0,1 bis 0,5 Millimeter spricht man von Nieselregen, der durch die Membran abgeschirmt, bzw. abgedichtet werden soll. Jedoch können Wasserdampfpartikel passieren, wenn die Poren einen Durchmesser von 30 Mikrometer nicht unterschreiten. Folglich sollte der Durchmesser der Poren zwischen 100 und 30 Mikrometer liegen, um gleichzeitig eine wasserundurchlässige und dampfdiffusionsoffene Membran zu realisieren.
Die Wasserdampfpartikel können insbesondere die Membran passieren, nachdem sie innerhalb der Lagerung entstanden sind. Dies ist leicht möglich, da die Lagerung aufgrund von Reibungs- oder Bremswärme oft leicht über die Wassersiedetemperatur von 100 Grad Celsius erhitzbar ist. Beispielsweise bei Radlagern ist dies der Fall. Umgekehrt braucht mit Wasserdampf im nicht abgedichteten Raum, also der Außenwelt, nicht gerechnet werden. Damit wird der Lagerinnenraum nach und nach Wasser entzogen.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform besteht die Membran teilweise oder ganz aus Polytetrafluorethylen (Teflon). Dieses Material weist eine vorteilhafte Elastizität auf und kann zur Herstellung von porösen Membranen verwendet werden. Ferner ist der Werkstoff kostengünstig in Massen herzustellen.
Vorteilhafterweise ist die Membran mechanisch expandiert worden. Auf diese Weise sind leicht mikroporöse Membranen herzustellen.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist eine Dichtungsanordnung mit wenigstens einem erfindungsgemäßen Dichtungsring ausgestattet, wobei die Dichtungsanordnungen in Lagerungen, wie zum Beispiel, Wälzlagern, Gleitlagern oder hydrostatischen Lagern, einsetzbar sind.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen und bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind der Figurenbeschreibung und/oder den Unteransprüchen zu entnehmen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben und erläutert.
Es zeigen:
1 einen Membranverbund mit einer porösen Membran,
2 eine erste Dichtungsanordnung bestehend aus einem Dichtungsring mit zwei Dichtlippen,
3 eine zweite Dichtungsanordnung bestehend aus einem Dichtungsring mit federbelasteter Dichtlippe,
4 eine dritte Dichtungsanordnung bestehend aus einem Dichtungsring mit einer radialen Dichtlippe,
5 eine vierte Dichtungsanordnung bestehend aus zwei Dichtungsringen,
6 eine fünfte Dichtungsanordnung bestehend aus zwei Dichtungsringen,
7 eine als Kassettendichtung ausgeführte sechste Dichtungsanordnung, und
8 eine als Kassettendichtung ausgeführte siebte Dichtungsanordnung mit Encoder.
Ausführungsbeispiel
Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt einen Membranverbund 8 mit einer porösen Membran 3. Die abriebresistente Schicht 1 ist zum Schutz des Membranverbundes 8 vorgesehen und kann auch gegebenenfalls als Anlauffläche für eine Dichtlippe dienen. Die äußere Schutzschicht 2 schützt und trägt die Membran 3. Die innere Schutzschicht 4 hingegen kann ebenfalls Stabilität verleihen und/oder vor dem Schmiermittel schützen, welches ggf. die Poren der Membrane 3 verstopfen könnte.
Die Zusatzschicht 5 kann dazu verwendet werden den Membranverbund 8 in oder an einer Ausnehmung eines Mittelteils zu befestigen. Beispielsweise durch eine Klebefunktion.
Die Durchdringungsrichtung R1 zeigt den Weg der Wasserdampftröpfchen aus dem Innenraum 6 der als Wälzlager ausgeführten Lagerung auf. Entsprechend dazu zeigt der Abweisverlauf R2 die Abweisung der Wassertropfen auf, die nicht in den Innenraum 6 vordringen können.
2 zeigt eine erste Dichtungsanordnung bestehend aus einem Dichtungsring mit zwei Dichtlippen 10. Der Membranverbund 8 liegt in einer Ausnehmung des Dichtungsringes ein und dichtet den Innenraum 6 vom ungedichteten Außenraum 17 ab.
Der drehende Innenring 12 weist eine Nut auf, in der die Dichtlippen 10 einliegen, wobei der Dichtungsring über die statische Dichtung 14 mit dem feststehenden Außenring 11 verbunden ist.
3 zeigt eine zweite Dichtungsanordnung bestehend aus einem Dichtungsring mit federbelasteter Dichtlippe 10. Zwischen der federbelasteten radialen Dichtlippe 10 und dem Träger 9, der hier größtenteils den Befestigungsbereich bildet, ist der Membranverbund 8 angeordnet.
4 zeigt eine dritte Dichtungsanordnung bestehend aus einem Dichtungsring mit einer radialen Dichtlippe 10, die auf einer zylindrischen Fläche des Innenrings 12 schleifend anliegt.
5 zeigt eine vierte Dichtungsanordnung bestehend aus zwei Dichtungsringen, wobei eine axiale Dichtlippe zwischen den Membranverbünden 8 axial am Träger 9 des äußeren Dichtrings anliegt und äußere Dichtring auch als Schleuderring eingesetzt werden kann.
In diesem Ausführungsbeispiel ist der durch den äußeren Dichtring abgedichtete Raum eine Vorkammer der Dichtungsanordnung und nicht der Wälzraum mit den Wälzkörpern 7 selbst.
6 zeigt eine fünfte Dichtungsanordnung bestehend aus zwei Dichtungsringen, wobei der äußere den Außenring 11 umfasst und mittels Presssitz auf dem Innenring 12 fest sitzt. Die Vorkammer zwischen axialer und radialer Dichtlippe ist dampfbefreit, d.h. Feuchtigkeit kann bei Erwärmung durch den Membranverbund 8 hindurch diffundieren und in den Außenraum 17 gelangen.
7 zeigt eine als Kassettendichtung ausgeführte sechste Dichtungsanordnung mit zwei Ausnehmungen mit einem axial ausgerichtetem und einem radial ausgerichtetem Metallverbund 8. Der Träger 9 trägt sowohl die beiden Metallverbünde 8 und die Dichtlippen 10.
8 zeigt eine als Kassettendichtung ausgeführte siebte Dichtungsanordnung mit Encoder 13 für einen Drehzahlsensor. Der Metallverbund 8 kann ohne weiteres mit dem Encoder integriert werden. Um eine gutes Signal zu erhalten reicht es aus den Metallverbund nicht ringförmig auszubilden, sondern als Bohrung auszugestalten, die sehr wenig axiale Fläche in Anspruch nimmt, die somit für den Encoder verbleibt.
Alternativ können bei einem als Lochblech ausgeführten Träger 9 der Dichtungsanordnung die vorhandenen Löcher mit Membranen 3 oder Membranverbünden 8 ausgefüllt werden. Dabei kann der Träger 9 zumindest teilweise einen Signalgeber, insbesondere Encoder, bilden oder aufweisen.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung einen Dichtungsring zur Abdichtung einer Lagerung aufweisend einen Befestigungsbereich vorgesehen zur Befestigung an einem drehbaren oder statischen Lagerring der Lagerung, einen Dichtungsbereich der dazu vorgesehen ist, zusammen mit einem Bestandteil der Lagerung wenigstens eine Teildichtung zwischen dem Dichtungsring und dem relativ zu diesem drehbaren Lagerring zu bilden, und einen den Befestigungsbereich mit dem Dichtungsbereich verbindenden Mittelbereich. Es wird versucht die Lebensdauer einer Lagerung zu erhöhen, indem bereits eingedrungenes Wasser verdampft und durch eine dampfdiffusionsoffene Membran aus dem Lagerinneren herausgeleitet wird. Dazu weist der Mittelbereich eine Ausnehmung auf, wobei die Ausnehmung sowohl in einen durch den Dichtungsring abgedichteten Bereich, als auch in einen nicht abgedichteten Außenraum mündet und wobei die Ausnehmung zumindest die Membran oder einen die Membran enthaltenden Membranverbund enthält.
Bezugszeichenliste

R1: Durchdringungsrichtung
R2: Abweisverlauf
1: abriebresistente Schicht
2: äußere Schutzschicht
3: Membrane
4: innere Schutzschicht
5: Zusatzschicht
6: Innenraum
7: Wälzkörper
8: Membranverbund
9: Träger
10: schleifende Dichtlippe
11: Außenring
12: Innenring
13: Encoder
14: statische Dichtung
15: Feder
17: ungedichteter Außenraum

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7287908 B2 [0002]
DE 10358876 A1 [0002]

Claims

Dichtungsring zur Abdichtung einer Lagerung aufweisend – einen Befestigungsbereich (14) vorgesehen zur Befestigung an einem drehbaren oder statischen Lagerring (11) der Lagerung, – einen Dichtungsbereich (10) der dazu vorgesehen ist zusammen mit einem Bestandteil der Lagerung wenigstens eine Teildichtung zwischen dem Dichtungsring und dem relativ zu diesem drehbaren Lagerring (12) zu bilden, und – einen den Befestigungsbereich (14) mit dem Dichtungsbereich (10) verbindenden Mittelbereich, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelbereich eine Ausnehmung aufweist, wobei die Ausnehmung sowohl in einen durch den Dichtungsring abgedichteten Bereich (6), als auch in einen nicht abgedichteten Außenraum (17) mündet, wobei die Ausnehmung zumindest eine Membran (3) oder einen die Membran (3) enthaltenden Membranverbund (8) enthält.
Dichtungsring nach Anspruch 1, wobei die Membran (3) eine Mikroporen aufweisende Membran (3) ist.
Dichtungsring nach Anspruch 2, wobei die Größe der Mikroporen derart gewählt ist, dass Wasserdampfpartikel die Mikroporen passieren können, aber Wassertropfen nicht.
Dichtungsring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Membran teilweise oder ganz aus Polytetrafluorethylen besteht.
Dichtungsring nach Anspruch 2, wobei die Membran (3) eine mechanisch expandierte Membran (3) ist.
Dichtungsanordnung, insbesondere Kassettendichtung, mit einem Dichtungsring nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Lagerung, insbesondere Wälzlager, Gleitlager oder hydrostatisches Lager, mit einer Dichtungsanordnung nach Anspruch 6.