DE69618508T2

DE69618508T2 - Dichtungsvorrichtung für Wälzlager

Info

Publication number: DE69618508T2
Application number: DE69618508T
Authority: DE
Inventors: Marcello Pinto; Alberto Visconti
Original assignee: SKF Industrie SpA
Current assignee: SKF Industrie SpA
Priority date: 1995-07-21
Filing date: 1996-07-01
Publication date: 2002-08-08
Anticipated expiration: 2016-07-02
Also published as: ITTO950625A0; DE69618508D1; EP0754873A2; IT1280443B1; EP0754873A3; EP0754873B1; ITTO950625A1; US5890812A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen das Gebiet von Wälzlagern. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Dichtungsvorrichtung, welche sich insbesondere für zylindrische oder kegelige Lagereinheiten zur Anwendung bei Eisenbahnfahrzeugen gut eignet.

STAND DER TECHNIK

Zur Zeit sind Dichtungsvorrichtungen der oben beschriebenen Art bekannt, in welchen eine Gummidichtung, die in einem Stück mit einem der Laufringe des Lagers ist, in gleitendem Kontakt in die äußere zylindrische Fläche einer Laufbuchse, welche an dem anderen Laufring des Lagers angebracht ist, eingreift. Die Laufbuchse wird Schleifarbeitsgängen sowie Wärmebehandlung unterzogen, um die zylindrische Fläche eben genug zu machen, um eine zufriedenstellende Dichtungswirkung sicherzustellen und die Dichtung nicht schnell abzunutzen. Diese genauen Arbeitsgänge bringen Kosten mit sich, welche es wünschenswert machen, über andere alternative Lösungen zu verfügen.
Eine andere Beschränkung bei dem bekannten Stand der Technik ist, daß diese Art von Dichtungsvorrichtung nicht gleichzeitig hermetisches Abdichten und ein ausreichend niedriges Reibungsdrehmoment bereitstellen kann. Wie man weiß, ist bei Lagern der Großteil des Energieverbrauchs auf die Dichtungsvorrichtungen zurückzuführen. Außerdem sind Dichtungsvorrichtungen, obwohl sie in der Lage sind, das Auslaufen von Schmiermittel aus dem Lager zu verhindern, aufgrund von Saugwirkungen nicht so wirkungsvoll dabei, zu verhindern, daß Wasser oder andere Verunreinigungssubstanzen ins Lager eindringen und umgekehrt, wie beispielsweise die Dichtungsvorrichtungen, welche in der Europäischen Patentanmeldung Nr. 0015739 und in dem Deutschen Patent Nr. 2228757 beschrieben werden und bei welchen ein konisch erweiterter Durchgang Zentrifugalkraft für jeden Fremdstoff in dem Durchgang selbst ausübt.
Aber die Dichtungswirkung der Dichtungsvorrichtung in dem Deutschen Patent ist nicht so groß und der Labyrinthabschnitt der Europäischen Patentanmeldung bringt, auch wenn er diese Dichtungswirkung der früheren Vorrichtung erhöhen könnte, wiederum Kosten und ein Reibungsdrehmoment mit sich, welche es wünschenswert machen, über andere alternative Lösungen zu verfügen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Dichtungsvorrichtung, welche in der Lage ist, die zuvor erörterten Unzulänglichkeiten des Standes der Technik zu überwinden. Es wird gewünscht, eine Dichtungsvorrichtung bereitzustellen, welche eine ausgezeichnete Dichtungswirkung gegenüber Wasser und anderen Verschmutzungsstoffen (Staub, Schmutz usw.) erbringt. Sollten diese Stoffe die erste Dichtungsstufe durchdringen, sollte die erwünschte Dichtungsvorrichtung sie automatisch ausstoßen können, bevor sie die ganze Dichtungsvorrichtung überwinden können.
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist die Anordnung einer Dichtungsvorrichtung, welche in der Lage ist, eine hermetische Dichtungswirkung mit einem niedrigen Kontaktdruck bereitzustellen, und weder den Energieverbrauch erhöht noch die schnelle Abnutzung des Dichteinsatzes verursacht.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Vorrichtung, welche das Auslassen von Luftüberdruck innerhalb des Lagers nicht hindert.
Eine noch weitere Aufgabe ist die Bereitstellung einer Vorrichtung, welche mit herkömmlichen austauschbar ist.
Diese und andere Aufgaben, welche in der Folge offensichtlicher werden, werden gemäß der vorliegenden Erfindung durch die Bereitstellung einer Dichtungsvorrichtung für Wälzlager nach Patentanspruch 1 erreicht.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung wird auf die folgende ausführliche Beschreibung verschiedener exemplarischer Ausführungsbeispiele, betrachtet in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen, Bezug genommen, wobei:
Fig. 1 eine schematische axiale Schnittansicht einer Vorrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 2 und 3 jeweils zwei axiale Schnittansichten von zwei weiteren alternativen Ausführungsbeispielen der Vorrichtung von Fig. 1 sind; und
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer Dichtungsvorrichtung gemäß dieser Erfindung ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Unter anfänglicher Bezugnahme auf Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 10 eine ringförmige Metalleinlage, welche am nicht drehenden äußeren Laufring 11 einer kegeligen oder zylindrischen Wälzlagereinheit befestigt ist, wie beispielsweise jene zur Verwendung bei Eisenbahnachsen.
Die äußere Wand der Einlage 10 in der axialen Richtung, d. h., nach rechts in Fig. 1, bildet einen Flanschabschnitt 12 in Kegelstumpfform 12, welcher zur Außenseite axial abweicht. Der Flanschabschnitt 12 ist mit einem sich axial erstreckenden zylindrischen Abschnitt 13 der Einlage durch einen kurzen, flachen, radialen Abschnitt 14 und Enden mit einem im wesentlichen flachen Endabschnitt 15, welcher zum drehenden inneren Laufring 16 des Lagers vorspringt, verbunden.
Am inneren Laufring 16 ist ein Metallschild 17 befestigt, dessen Querschnitt im wesentlichen die Form eines Kanals aufweist, welcher in die Richtung des Endabschnitts 15 der nicht drehenden Einlage 10 offen ist.
An den freien Endabschnitt von Einlage 10 und insbesondere an die Abschnitte 12, 15 und 14 ist ein Gummidichtungskörper 18 anvulkanisiert, welcher mit dem Schild 17 zusammenwirkt, um die inneren Teile des Lagers in bezug auf Wasser und andere äußere Verschmutzungsstoffe hermetisch abzudichten und zu verhindern, daß Schmiermittel im Inneren des Lagers auslaufen.
Drei Abschnitte werden in dem Dichteinsatz unterschieden: ein innerer Abschnitt 19, welcher einen breiteren Querschnitt aufweist und mit einer Mehrzahl von Lippen 20 versehen ist; ein Abschnitt mit Kegelstumpffläche 21, welcher die Außenseite des Flanschabschnitts in Kegelstumpfform 12 der Einlage 10 abdeckt; und wahlweise eine axiale vorspringende äußere Lippe 24. Das Metallschild 17 bildet einen axial äußeren Flansch 22, welcher angemessen geformt ist, um eine Kegelstumpfendwand oder -abschnitt 23 parallel zu und gegenüberliegend vom Kegelstumpfabschnitt 21 des Dichteinsatzes bereitzustellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung bestimmen die gegenüberliegenden Kegelstumpfflächen 21 und 23 dazwischen einen schmalen Spalt 25, welcher als ein Kegelstumpf eingerichtet ist, der zur Außenseite axial abweicht. Die Länge, Breite und der Winkel des Spalts 25 sind so dimensioniert, daß Wasser davon abgehalten wird, in stationären Zuständen von der Außenseite einzudringen, während die Zentrifugalkräfte Wasser und andere Verschmutzungsstoffe gegebenenfalls ausstoßen können, wenn das Lager sich dreht. Insbesondere liegen die Kegelstumpfflächen 21 und 23, wie in Fig. 1 dargestellt, einander über eine Länge L bei einer Breite w so gegenüber, daß Wasser Schwierigkeiten hat, in den Spalt 25 einzudringen, selbst im Falle von Wasser, das unter Druck gesetzt und seitwärts gespritzt wird, wie das regelmäßig geschieht, um Eisenbahnfahrzeuge zu reinigen. Im Fall, daß Wasser trotzdem in die Kammer 26 eindringt, wird es durch Fließen in dem Kanal 26a, welcher durch die Lippe 20a begrenzt ist, ausgestoßen. Diese leicht nach außen abweichende Lippe fungiert als eine umlaufende Rinne, welche das Wasser in ihrem unteren Teil (nicht dargestellt), wo der Spalt 25 nach unten und nach außen geneigt ist, sammelt. Auf diese Weise verhindert die Lippe 20a, daß Wasser ins Innere des Lagers eindringt. Da das Lager sich dreht, erlaubt die axial abweichende Ausrichtung des Spaltes 25 das Zentrifugieren und Austreiben des Wassers und anderer Verschmutzungsstoffe, welche möglicherweise in der Kammer 26 gegenwärtig sind.
Vorzugsweise beträgt der Zwischenraum w, welcher die gegenüberliegenden Flächen der Kegelstumpfelemente 21 und 23 trennt, ungefähr 0,6 mm.
Die äußere Lippe 24 stellt eine erste Schranke für das Eindringen von Wasser dar, da sie die Öffnung von Spalt 25 abdeckt und auch einen äußeren, umlaufenden Kanal 24a zur Wasserableitung bildet.
Bei der Dichtungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist die einzige berührende Lippe die zweite Lippe 20b. Wahlweise kann der Endabschnitt der Lippe 20b, welcher das Schild 17 berührt, mit einer Einlage 20c aus selbstschmierendem und reibungsarmem Material, zum Beispiel Teflon, versehen werden. Der innere Teil 19 mit einem vergrößerten Querschnitt bildet des weiteren andere Lippen 20d, welche mit dem Schild 17 eine Labyrinthdichtung bereitstellen. Vorzugsweise bildet das Schild 17 einen axial inneren radialen Flansch 29, welcher sich in der Richtung der Einlage 10 erstreckt.
Die Kammer 27, welche zwischen der nicht berührenden Lippe 20a und der gleitenden Lippe 20b begrenzt ist, wird mit Schmierfett mit wasserabstoßenden Eigenschaften gefüllt. Das Auslaufen dieses Fettes wird durch die Lippe 20a verhindert. Vorteilhafterweise läuft die berührende Lippe 20b zur Rotationsachse des Lagers zusammen, wodurch sie mit der zylindrischen Oberfläche 17a von Schild 17 einen spitzen Winkel von weniger als 45º bildet. Vorzugsweise liegt dieser Winkel in einem Bereich zwischen 30º und 35º, um nur das Auslassen von Überdruck, welcher sich möglicherweise im Inneren des Lagers bildet, zu erlauben. Wenn das kalte Lager sich zu drehen beginnt, entwickelt sich tatsächlich Wärme und erhöht sich der Druck der Luft innerhalb der inneren Teile des Lagers. Ein nach außen gerichteter hydrodynamischer Fluß (Fig. 1, Pfeil A) neigt dazu, sich entlang der zylindrischen Oberfläche 17a von Schild 17 zu bilden. Als eine Folge hebt sich die Lippe 20b etwas, um das Auslassen des Luftüberdrucks zu erlauben.
Die Neigung der Lippe 20b ist derart, daß der Fluß nur vom Inneren des Lagers zur Außenseite und nicht umgekehrt stattfinden kann. Aufgrund dieser Vorsorge kann Fett, welches möglicherweise verunreinigt sein kann, nicht in die Kammer 27 zurückkehren und die Walzenelemente innerhalb des Lagers beschädigen. Im stabilen Zustand gibt es keinen Druckgradienten, wodurch die Lippe 20b in das Schild 17 in Niederdruckkontakt in der veranschaulichten Anordnung eingreift. Die Dicke s der gleitenden Lippe 20b ist jedoch derart, daß sie die Steife bereitstellt, welche erforderlich ist, um die Vakuumbildung innerhalb des Lagers beim Abkühlen vom Pressen der Lippe gegen die Oberfläche 17a zu verhindern. Diese Saugwirkung hat ungünstige Folgen, da sie bewirkt, daß die Lippe am Schild hängenbleibt. Die Trennung dieser beiden Elemente wird schwierig und bewirkt, daß die Lippe ziemlich schnell abgenutzt wird.
Wie zu erkennen ist, erlaubt es die Bereitstellung von nur einer Gleitfläche, ein Reibungsdrehmoment sehr niedrigen Widerstands bei niedrigen Betriebskosten zu erreichen.
Aufgrund der geneigten Anordnung können die Elemente 21 und 23 nahe sein, wodurch sie dem Eindringen von Wasser widerstehen. Die Breite w des Spaltes 25 kann kleiner sein als das für Einlage 10 erlaubte Axialspiel. Wie erwähnt, ist die ideale Breite w = 0,6 mm, während das normale Axialspiel von Einlagen 10 im allgemeinen ungefähr 0,7 mm ist.
Noch immer unter Bezugnahme auf Fig. 1 kann die Metalleinlage 10 durch Bereitstellen eines befestigten Verbindungsstücks, vorzugsweise von der Art mit Schnappeffekt, vorteilhafterweise herausnehmbar sein. Ein derartiges Verbindungsstück wird unmittelbar am Endabschnitt der Metalleinlage angeordnet und dient dazu, dieselbe Dichtungsvorrichtung an Lager mit verschiedenen Axialgrößen anzupassen, indem nur der zylindrische Abschnitt 13 durch einen mit der geeigneten Länge ersetzt wird.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 stellt ein alternatives Ausführungsbeispiel der Dichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung im axial äußeren Flansch 22 des Schilds 17 eine Ablaufnase 31 bereit. Die Ablaufnase 31 wird in einem Abschnitt 32 erhalten, welcher zur Außenseite des Lagers an einer radial äußeren und axial inneren Stelle in bezug auf das freie Ende der nicht berührenden Lippe 20a axial zusammenläuft. Die Ablaufnase 31 dient dazu, einen Wasservorhang, welcher auf der geneigten Fläche 23 fließen kann, zu unterbrechen und zu bewirken, daß dieses Wasser auf den Boden 26a der Kammer 26 fällt. Die Kammer 26 fungiert als ein Kanal zum Sammeln und Abführen von Wasser, wodurch das Wasser nicht über Lippe 20a und in Kammer 27 eindringen kann.
In einem weiteren verschiedenen Ausführungsbeispiel, welches in Fig. 3 dargestellt ist, wird die Ablaufnasenfunktion an den Endabschnitt 33 des äußeren Flansches 22 verlegt. Im abweichenden Ausführungsbeispiel von Fig. 3 ist der äußere Flansch 22 an mehreren Stellen nach innen gebogen, so daß die Ablaufnase die Kante der Kegelstumpffläche 23 ist.
Es versteht sich von selbst, daß die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele nur exemplarisch sind und daß die Durchschnittsfachleute jede Änderung vornehmen können, ohne sich von dem Geist und Rahmen der Erfindung zu entfernen. Alle derartigen Änderungen und Variationen sollen im Rahmen der Erfindung, wie durch die anhängigen Patentansprüche definiert, enthalten sein.

Claims

1. Dichtungsvorrichtung für ein Wälzlager mit einem äußeren nicht drehenden Laufring und einem inneren drehenden Laufring, wobei die Dichtungsvorrichtung umfaßt:

eine erste ringförmige Metalleinlage (10), welche angeordnet ist, um am nicht drehenden Laufring befestigt zu sein und ein Gummidichteinsatzelement (18) zu tragen;

eine zweite Metalleinlage (17), welche angeordnet ist, um am drehenden Laufring befestigt zu sein, und einen kanalförmigen Querschnitt aufweist, welcher in eine Richtung des Dichteinsatzelements (18) offen ist, und damit zusammenwirkt, um eine Labyrinthdichtung bereitzustellen;

wobei das Dichteinsatzelements (18) eine nach außen abweichende Lippe (20a) aufweist, welche mit der zweiten ringförmigen Einlage zusammenwirkt, um eine ringförmige Kammer (26) zu definieren, welche mit der Aussenseite des Lagers durch einen Spalt (25) von gleichförmiger Breite in Verbindung steht, welcher durch parallele Flächen von ersten und zweiten Kegelstumpfabschnitten (21, 23) definiert ist, welche zur Außenseite des Lagers auseinanderlaufen;

der erste Kegelstumpfabschnitt (21) in einem Stück mit der ersten Einlage ist und der zweite Kegelstumpfabschnitt (23) in einem Stück mit der zweiten ringförmigen Einlage ist;

der Spalt eine Länge (L) und eine Breite (w) aufweist, um Wasser zu widerstehen, welches in die Kammer (26) eindringt, und das Wasser, welches auf der nach außen abweichenden Lippe fließt, aus der Kammer (26) auszustoßen; und der erste Abschnitt (21) ein Teil des Gummidichteinsatzelements (18) ist, welches die Außenseite der ersten ringförmigen Einlage (10) abdeckt, welche an dem nicht drehenden äußeren Laufring (11) des Lagers befestigt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Dichteinsatzelement (18) eine äußere, sich axial erstreckende Lippe (24) bildet, welche den oberen Teil des Eingangs zu dem Spalt (25) abdeckt, wodurch eine erste Schutzebene bereitgestellt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die sich erstreckende Lippe (24) ein äußeres umlaufendes Wasserableitmittel bildet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Breite (w) des Spaltes (25) ungefähr 0,6 mm ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einlage (10) mittels eines befestigten Verbindungsstücks (30), welches an ihrem axialen Endabschnitt angeordnet ist, herausnehmbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der axial äußere Flansch (22) des Schildes (17) eine Ablaufnase (31) umfaßt, welche in einem Abschnitt (32) erhalten wird, welcher zur Außenseite des Lagers an einer radial äußeren und axial inneren Stelle in bezug auf das freie Ende der ersten nicht berührenden Lippe (20a) axial zusammenläuft.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Ablaufnase (31) aus einer Nut besteht, welche in dem Schild (17) erhalten wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Ablaufnase (31) aus einem Endabschnitt (33) des äußeren Flansches (12) besteht und der äußere Flansch nach innen gefaltet ist, so daß die Ablaufnase an der Abschlußkante der Kegelstumpffläche (23) ist.