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Die Erfindung betrifft ein Wälzlager mit einer integrierten Druckabdichtung gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs.
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Der Typ einer Dichtung ist im großen Maße von der spezifischen Anwendung, in der die Dichtung eingesetzt werden soll, abhängig. In der Wälzlagerpraxis werden gerne Dichtungen mit elastischen Scheiben oder Dichtlippen eingesetzt, da durch diese elastischen Mittel vollständiger Dichtkontakt zwischen den rotierenden Lagerringen gewährleistet ist. Derartige Dichtungen sind zum Beispiel in
US 23 53 988 A oder
US 2 419 385A beschrieben. Bekannt sind zum Beispiel aus
US 2 699 366 A auch Anordnungen, in denen die Wirkung der Dichtung über die Vorspannung von Federringen erzielt wird. Hohe Drehzahlen und/oder aggressive Strömungsmittel sind häufig der Grund, dass die Dichtwirkung derartige Dichtungen relativ schnell nachlässt. Darüber hinaus beanspruchen diese Dichtungsanordnungen häufig relativ viel Bauraum.
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Zum Abdichten von Drücken in Doppelkupplungsgetrieben werden Kunststoffringe aus einem Polyamidimid eingesetzt. Diese Kunststoffringe werden als geschlitzte Ringe nach Art eines Kolbenrings ausgeführt und können durch eine entsprechende Dehnung in Nuten eingesetzt werden, in welchen sie nach Rücknahme der Spannkraft zum Dehnen des Rings einschnappen. Über solche Polyamidimid-Ringe können Betriebsdrücke von bis zu 6 bar Öldruck mit geringer Leckage abgedichtet werden. Solche Kunststoffringe werden in Nuten an dem Doppelkupplungsgetriebe an geeigneten Stellen eingesetzt und sind den Wälzlagern vorgeschaltet. Die Wälzlager weisen eine Dichtscheibe auf. Der Öldruck drückt den Kunststoffring in axialer Richtung an eine Flanke der Nut, in welcher der Kunststoffring aufgenommen ist, und aktiviert somit die Dichtwirkung des Kunststoffrings. Das Wälzlager wird dadurch nicht den hohen Betriebsdrücken ausgesetzt, sodass eine einfache Abdichtung des Wälzlagers möglich ist oder gegebenenfalls ganz entfallen kann.
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Aus der
DE 10 2009 006 649 A1 ist ein Doppelkupplungsgetriebe bekannt, bei dem eine Getriebewelle mittels eines Wälzlagers drehbar gelagert ist. Dabei ist dem Wälzlager ein Kunststoffdichtring vorgeschaltet, um die auf das Wälzlager wirkenden Öldrucke zu reduzieren.
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Nachteilig bei den bekannten Lösungen ist jedoch, dass ein dem Wälzlager vorgeschalteter Kunststoffdichtring zusätzlichen Bauraum benötigt. Ferner ist mindestens eine zusätzliche Nut zur Arretierung des Kunststoffdichtrings notwendig, wodurch eine zusätzliche Bearbeitung eines Bauteils auf der Druckseite, insbesondere in einem Doppelkupplungsgetriebe notwendig ist.
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In
US 23 21 871 A ist ein Wälzlager mit einem Innenring und einem Außenring sowie mit zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordneten Wälzkörper bekannt. Das Wälzlager ist an einer Seite mit einer Dichtungsanordnung versehen. Die Dichtungsanordnung ist aus zwei Ringscheiben und einer Dichtung gebildet, zwischen denen axial ein Dichtring eingespannt ist. Eine der Ringscheiben bildet zusammen mit der anderen Ringscheibe eine Spaltdichtung. Die Dichtung selbst ist ein rechteckiger Ring, welcher axial beweglich zwischen den Ringscheiben sowie axial gegen Druckrichtung eines Strömungsmittels mittels einer Druckfeder gegen eine der Ringscheiben vorgespannt ist.
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Aus
US 44 51 048 A ist eine Dichtungsanordnung bekannt, welche durch drei Ringscheiben, einen Dichtring und eine Dichtung gebildet ist. Eine der Ringscheiben sitzt in einer Gehäusebohrung. Ein Spalt zwischen der Ringscheibe und dem Gehäuse ist mit der als O-Ring ausgebildeten Dichtung abgedichtet. 2 weitere Ringscheiben sitzen gegeneinander abgestützt auf einer Welle und bilden in einem Längsschnitt ein U-Profil. Zwischen den Schenkeln des U-Profils ist der Dichtring axial geführt, welcher in die im Gehäuse sitzende Ringscheibe eingepresst ist. Durch diese Anordnung ist eine auf Druck reagierende selbstschließende Dichtungsanordnung geschaffen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Wälzlager mit einer integrierten Druckabdichtung zu schaffen, welches eine Abdichtung auch gegenüber der Umgebung deutlich erhöhte Betriebsdrücke bei einer kompakten und kostengünstigen Ausführung ermöglicht.
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Erfindungsgemäß ist die Aufgabe nach dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.
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Die Erfindung betrifft ein Wälzlager mit einem Innenring und einem Außenring t, wobei zwischen dem Innenring und dem Außenring mehrere Wälzkörper angeordnet sind, und wobei zwischen dem Außenring und dem Innenring zumindest auf der Druckseite eine Ringscheibe angeordnet ist. Dabei ist die Ringscheibe in einer Ausnehmung des Außenrings formschlüssig und/oder kraftschlüssig aufgenommen, wobei an der Ringscheibe ein Absatz ausgebildet ist, auf welchen ein geschlossener Dichtring aufgezogen ist. Dadurch wird ein in axialer Richtung begrenzt verschiebbarer Dichtring in das Wälzlager integriert, sodass eine vergleichsweise hohe Dichtwirkung erreicht wird. Dabei wird der Dichtring bei einem Druckanstieg auf der Druckseite des Wälzlagers, d.h. der Seite, auf der ein höherer Betriebsdruck herrscht derart verschoben, dass er an eine Anlagefläche gepresst wird und somit einen Dichtspalt verschließen kann. Durch das Aktivieren des Dichtrings durch den Betriebsdruck eines Betriebsfluids, insbesondere eines Öls, auf der Druckseite und das damit verbundene Anpressen des Dichtrings gegen eine Anlagefläche können gegenüber dem Umgebungsdruck erhöhte Betriebsdrücke von 2bar oder mehr abgedichtet werden, welche mit bekannten Dichtlippen an einem Wälzlager nicht abgedichtet werden können und zu einer Leckage führen. Durch die axiale Beweglichkeit kann sich der Dichtring bei einem Absinken des Betriebsdrucks auf der Druckseite wieder von der Anlagefläche lösen, sodass ein Unterdruck im Bereich der Wälzkörper und eine dadurch verursachte verminderte Schmierung des Wälzkörper vermieden wird.
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Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass an einer dem Wälzkörper zugewandten Seite der Ringscheibe eine Fase vorgesehen ist, welche an dem Absatz endet. Durch eine Fase an der Ringscheibe kann das Aufziehen des Dichtrings erleichtert und die Gefahr einer Beschädigung des Dichtrings beim Aufziehen reduziert werden. Außerdem sieht die Erfindung vor, dass an dem Innenring eine Nut zur Freistellung des Dichtrings ausgebildet ist. Durch eine entsprechende Nut am Innenring kann in radialer Richtung hinreichend viel Platz geschaffen werden, sodass sich der Dichtring zum einen ohne Kontakt am Innenring in axialer Richtung verschieben und somit aktivieren und deaktivieren lässt. Zum anderen wird damit ein Raum geschaffen, in welchem sich in den Dichtspalt eingedrungene Verunreinigungen ablagern können, ohne gegen den Dichtring gedrückt zu werden und somit ohne zu einem erhöhten Verschleiß am Dichtring zu führen.
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In einer weiteren Verbesserung der Erfindung ist vorgesehen, dass an dem Innenring des Wälzlagers eine Schulter ausgebildet ist. Durch eine Schulter kann die hydraulische Aktivierung des Dichtrings bei einer Druckerhöhung auf der Druckseite des Wälzlagers verbessert werden. Dabei wird der Dichtring unter einen günstigeren Winkel und an einer günstigeren Fläche angeströmt, sodass er sich leichter aktivieren lässt, d.h. in axialer Richtung gegen eine Anschlagfläche gedrückt wird.
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Bevorzugt ist dabei, wenn zwischen der Ringscheibe und dem Innenring ein Dichtspalt ausgebildet ist, wobei der Dichtspalt in einem ersten Abschnitt parallel zu einer Auflagefläche des Innenrings und in einem zweiten Abschnitt unter einem Winkel α zu dem ersten Abschnitt verläuft. Durch einen Dichtspalt kann verhindert werden, dass größere Partikel in das Wälzlager eindringen und somit den Dichtring beschädigen oder für ein Verklemmen des Dichtrings sorgen, sodass eine hydraulische Aktivierung des Dichtrings nicht mehr möglich ist. Durch einen Dichtspalt, welcher im ersten Abschnitt parallel zu einer Auflagefläche des Innenrings verläuft und in einem zweiten Abschnitt unter einen Winkel zu diesem ersten Abschnitt verläuft, ist eine besonders günstige Anströmung des Dichtrings zur axialen Aktivierung möglich, dabei wird vermieden, dass in den Dichtspalt eingedrungene Verunreinigungen sich an der Dichtfläche ablagern und somit die Dichtwirkung des Dichtrings negativ beeinflussen können.
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Besonders bevorzugt ist dabei, wenn an dem Dichtring an seiner der Schulter zugewandten Seite eine Abschrägung ausgebildet ist. Durch eine Abschrägung an der der Schulter des Innenrings zugewandten Seite des Dichtrings kann eine Umlenkung des Dichtmittels in die Nut erfolgen, wodurch eine besonders einfache hydraulische Aktivierung des Dichtrings möglich ist. Zudem können sich durch den Dichtspalt in das Wälzlager eingedrungene Verunreinigungen in der Nut ablagern, sodass diese von den hydraulisch dichtenden Flächen ferngehalten werden und sich am Nutgrund ablagern.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Abschrägung einen Winkel β im Bereich von 10° bis 45°, vorzugsweise zwischen 20° und 40° aufweist. Durch eine Abschrägung mit einem Winkel von 10° bis 45° wird der durch den Dichtspalt auf den Dichtring geleitet Ölstrom bestmöglich genutzt, um den Dichtring zu aktivieren, sodass der Dichtring axial an einer Anlagefläche des Innenrings anläuft und den zweiten Dichtspalt abdichtet. Der Innendurchmesser des Dichtrings liegt dabei vorzugsweise im Bereich von ± 1 mm des Schulterdurchmessers der Schulter am Innenring, damit eine optimale Aktivierung des Dichtrings erfolgen kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass an dem Innenring eine Anschlagfläche ausgebildet ist, wobei zwischen dem Dichtring und der Anschlagfläche des Innenrings ein zweiter Dichtspalt ausgebildet ist. Durch eine in den Innenring integrierte Anschlagfläche kann auf einfache und kostengünstige Art ein axialer Anschlag für den Dichtring ausgebildet werden. Zudem kann durch den zweiten Dichtspalt, sofern er bei einem Nichtanliegen des Dichtrings am Anschlag geöffnet ist, ein Nachströmen von Schmiermittel in den Bereich der Wälzkörper erfolgen, sodass die Gefahr eines Unterdrucks im Lager und einer damit verbundenen verminderten Schmierstoffversorgung gebannt wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Dichtring aus einem hochtemperaturfesten, chemikalien- und abriebsfesten Kunststoffmaterial, bevorzugt aus einem Polyamidimid-Werkstoff, hergestellt ist. Polyamidimid zeichnet sich durch eine hohe thermische Stabilität bis über 200°C sowie eine hohe Chemikalienbeständigkeit sowie eine im Vergleich zu anderen Kunststoffen hohe Abriebsfestigkeit aus. Daher ist ein Polyamidimidring als Dichtring in einem erfindungsgemäßen Wälzlager besonders geeignet, da auch bei der axialen Verschiebbarkeit anders als bei einem Dichtring aus einem Elastomer kein erhöhter Verschleiß und somit eine entsprechend hohe Dauerhaltbarkeit zu erwarten ist. Zudem kann ein geschlossener Dichtring aus einem Polyamidimid kostengünstig in einem Spritzgußverfahren hergestellt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung des Wälzlagers ist vorgesehen, dass der Absatz der Ringscheibe und die Nut am Innenring jeweils breiter als der Dichtring sind, sodass der Dichtring in axialer Richtung zwischen entsprechenden Anschlagflächen am Innenring und an der Ringscheibe verschiebbar ist. Durch die Begrenzungen der axialen Beweglichkeit des Dichtrings an der Ringscheibe und am Innenring ist eine einfache Aktivierung und Deaktivierung des Dichtrings möglich. Dabei wird sichergestellt, dass der Dichtring sich nicht verkantet oder verloren geht, da die Breite der Nut und die Breite der Anschlagfläche jeweils nur geringfügig breiter als die Breite des Dichtrings sind.
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Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und der zugehörigen Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
- 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wälzlagers mit integrierter Druckabdichtung in einer Schnittdarstellung.
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wälzlagers 1 mit einer integrierten Druckabdichtung dargestellt. Das erfindungsgemäße Wälzlager 1 umfasst einen Außenring 2 und einen Innenring 9 sowie zwischen dem Außenring 2 und dem Innenring 9 angeordnete Wälzkörper 3. Ferner umfasst das erfindungsgemäße Wälzlager 1 eine an dem Außenring 2 fixierte Ringscheibe 4, welche auf der Druckseite zwischen dem Innenring 9 und dem Außenring 2 angeordnet ist und das Wälzläger 1 auf der Druckseite bis auf einen Dichtspalt 12 verschließt. Die Ringscheibe 4 ist vorzugsweise in den Außenring 2 eingepresst, wobei an dem Außenring 2 ein Absatz 15 vorgesehen ist, welcher beim Einpressen als Anschlag für die Ringscheibe 4 dient. An der Ringscheibe 4 ist auf ihrer dem Wälzkörper 3 zugewandten Seite eine Fase 8 ausgebildet, um eine beschädigungsfreie Montage eines geschlossenen Dichtrings 5, insbesondere einen geschlossenen Dichtring 5 aus einem Polyamidimid-Material, auf einen Absatz 16 der Ringscheibe 4 zu ermöglichen. Das Wälzlager 1 ist vorzugsweise als Kugellager ausgebildet, es sind jedoch auch andere Formen von Wälzkörpern 3 möglich.
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Der Innenring 2 weist an seinem der Druckseite zugewandten Ende eine Schulter 7 auf, welche den Dichtspalt 12 von einer Nut 10 an dem Innenring 9 trennt. Der Dichtring 5 weist auf seiner der Schulter 7 zugewandten Seite eine Abschrägung 19 mit einem Winkel β von 0° bis 45°, vorzugsweise von 20° bis 40° auf, durch welche der Öldruck p eines von der Druckseite in das Wälzlager 1 gedrückten Öls 6 durch den Dichtspalt 12 auf die Abschrägung 19 des Dichtrings 5 geleitet wird, so dass der Dichtring 5 entsprechend aktiviert wird und axial gegen eine Anschlagfläche 18 am Innenring 9 gedrückt wird. Dadurch wird ein Dichtspalt 13 zwischen dem Dichtring 5 und dem Innenring 9 geschlossen, sodass der Bereich der Wälzkörper 3 gegen den Öldruck p auf der Druckseite des Wälzlagers 1 abgedichtet ist. Durch die Verschiebung des Dichtrings 5 vergrößert sich ein Dichtraum 11, welcher von der Schulter 7, der Nut 10, dem Dichtring 5 und der Ringscheibe 4 begrenzt wird. Der Dichtspalt 12 weist einen ersten Abschnitt 12a auf, welcher parallel zu einer Auflagefläche 17 des Innenrings 9 verläuft und einen zweiten Abschnitt 12b, welcher unter einem Winkel α von 0° bis 45°, vorzugsweise von 10° bis 40° zum ersten Abschnitt verläuft, wobei der Winkel α im Wesentlichen dem Winkel der Schulter 7 entspricht.
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An der Ringscheibe 4 ist eine Anschlagfläche 20 ausgebildet, welche die axiale Bewegung des geschlossenen Dichtrings 5 in Richtung der Druckseite begrenzt. Der Durchmesser DD des Dichtrings 5 liegt vorzugsweise im Bereich von ± 1 mm des Schulterdurchmessers Ds, damit eine optimale Aktivierung des Dichtrings 5 erfolgen kann. Die Nut 10 weist einen Nutgrund 14 mit einem Durchmesser DN auf, welcher unterhalb der Schulter 7 liegt. Dabei liegt der Nutgrund 14 vorzugsweise 1mm bis 5mm unter der Schulter 7, sodass in radialer Richtung hinreichend viel Platz für den Dichtring 5 und eine Bewegung des Dichtrings 5 vorhanden ist.
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In einer vereinfachten Ausführungsform der Erfindung werden sowohl der Winkel α zwischen der Schulter 7 und der Auflagefläche 17 des Innenrings 9 als auch der Winkel β am Dichtring = 0° gewählt. Bei dieser vereinfachten Ausführungsform weist der Dichtring also einen rechteckigen Querschnitt auf und die Schulter 7 fällt mit dem Nutgrund 14 der Nut 10 zusammen. Diese Variante hat den Vorteil, dass sie fertigungstechnisch besonders einfach und kostengünstig herstellbar ist, kann jedoch zu einer begrenzten Dichtwirkung und einer damit verbundenen erhöhten Leckage am Wälzlager 1 führen.
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Steigt der Öldruck p des Öls 6 auf der Druckseite des erfindungsgemäßen Wälzlagers 1 an, so wird dieser Öldruck p durch den Dichtspalt 12 gedrosselt. Ferner verhindert der Dichtspalt 12 ein Eindringen von größeren Partikeln in das Wälzlager 1, welche den Dichtring 5 beschädigen könnten. Der Öldruck p verschiebt den Dichtring 5 in axialer Richtung in Richtung der Anschlagfläche 18 am Innenring 9, wodurch der zweite Dichtspalt 13 zwischen dem Dichtring 5 und dem Innenring 9 geschlossen wird. Durch den Öldruck p wird der Dichtring 5 an diese Anschlagfläche 18 angedrückt, wodurch auch mittlere Drücke, insbesondere Öldrücke p im Bereich von 2 bis 12 bar, abgedichtet werden können. Solche Öldrücke p können einfachen, aus dem Stand der Technik bekannten, Dichtelementen nicht im Wälzlager 1 direkt abgedichtet werden, sondern erfordern eine dem Wälzlager 1 vorgeschaltete Dichtung.
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Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass durch das vorgeschlagene Wälzlager mit einer integrierten Druckabdichtung eine Ausführungsform geschaffen wird, welche eine Abdichtung auch gegenüber der Umgebung deutlich erhöhte Betriebsdrücken bei einer kompakten und kostengünstigen Ausführung ermöglicht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wälzlager
- 2
- Außenring
- 3
- Wälzkörper
- 4
- Ringscheibe
- 5
- Dichtring
- 6
- Öl
- 7
- Schulter
- 8
- Fase
- 9
- Innenring
- 10
- Nut
- 11
- Dichtraum
- 12
- erster Dichtspalt
- 13
- zweiter Dichtspalt
- 14
- Nutgrund
- 15
- Ausnehmung
- 16
- Absatz
- 17
- Auflagefläche
- 18
- Anschlagfläche
- 19
- Abschrägung
- 20
- Anschlagfläche
- α
- Winkel am Innenring
- β
- Winkel am Dichtring
- DD
- Durchmesser Dichtring
- DN
- Durchmesser Nutgrund
- DS
- Schulterdurchmesser
- p
- Öldruck
