DE102020203565A1

DE102020203565A1 - Labyrinthdichtvorrichtung für einen verbesserten Abfluss

Info

Publication number: DE102020203565A1
Application number: DE102020203565.2A
Authority: DE
Inventors: Antonia Nastasi; Paolo A Re
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2019-04-16
Filing date: 2020-03-19
Publication date: 2020-10-22
Also published as: US20200332836A1; US11156251B2; IT201900005776A1; CN111828486A

Abstract

Eine Dichtvorrichtung (50) für eine Lagereinheit (30), wobei die Dichtvorrichtung (50) eine statische Komponente (70) und eine rotierbare metallische Abschirmung (58) aufweist, wobei die statische Komponente (70) einen geformten Metallträger (51), auf dem eine erste Lippe (53) und eine zweite Lippe (54) mitgeformt sind, die keinen Kontakt mit der metallischen Abschirmung (58) herstellen, und zumindest eine Lippe (56, 57) aufweist, die Kontakt mit der metallischen Abschirmung (58) herstellt, wobei die zweite Lippe (54) und die metallische Abschirmung (58) eine Labyrinthdichtung definieren. Die zweite Lippe (54) hat eine Winkelausdehnung von kleiner als 360°, so dass der Abfluss von Verunreinigungen aus der Innenseite der Dichtvorrichtung (50) entlang ihres fehlenden Winkelabschnitts auftritt.

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kassettendichtvorrichtung mit innovativen Merkmalen, die eine verbesserte Abfluss von Verunreinigungen, die in die Dichtvorrichtung eingedrungen sind, daraus erlaubt. Eine solche Dichtvorrichtung wird in einer Lagereinheit eingesetzt. Die vorliegende Erfindung ist insbesondere, aber nicht ausschließlich, für die Radnabenanordnungen von Kraftfahrzeugen geeignet, wobei die Anordnungen mit einer Lagereinheit versehen sind. Insbesondere sind die Lagereinheiten gemäß der Erfindung jene, bei denen der Außenring des Lagers feststehend ist, während der Innenring des Lagers rotierbar ist. Diese Erfindung ist vorteilhafterweise, aber nicht ausschließlich, auf eine Lagereinheit mit einer Doppelreihe von Kugeln anwendbar.
Stand der Technik
Wie bekannt ist, sind Lagereinheiten im Allgemeinen Verunreinigungen von verschiedenen Arten, z. B. Schlamm, Staub und suspendierten Feststoffteilchen und/oder Partikel in einer Lösung ausgesetzt. Daher müssen Lagereinheiten einschließlich jener, die einen Teil einer Radnabenanordnung für Kraftfahrzeuge bilden, mit geeigneten Dichtvorrichtungen versehen werden.
Die Dichtvorrichtungen gemäß dem Stand der Technik sind zweiteilige Kassettendichtungen, die einen rotierenden Abschnitt, der an dem radial inneren Ring befestigt ist, und einen feststehenden Abschnitt aufweisen, der an dem radial äußeren Ring befestigt ist. Gemäß dem Stand der Technik umfasst der feststehende Teil der Dichtung eine oder mehrere Lippen, die aus einem elastomeren Material hergestellt sind, die Kontakt mit dem rotierenden Abschnitt herstellen und die Dichtwirkung hinsichtlich der Innenseite der Lagereinheit sicherstellen.
Sowohl während Straßenbetriebsbedingungen als auch während der Validation der Lagereinheit ist es bekannt, um die Dichtleistung der Lagereinheit zu optimieren und gleichzeitig geringe Reibungslevel zu erhalten, dass ein Labyrinthdichtungsdesign den besten Kompromiss darstellt. Die Labyrinthdichtung wird unter Verwendung einer Abschirmung ausgebildet, die die Dichtungsöffnung vor einem beweglichen Teil des Kraftfahrzeugs (beispielsweise einer Bremsscheibe) schützt, und einer nicht-kontaktierenden Dichtlippe ausgestaltet. Auf diese Weise ist es für den Schlamm und die anderen Verunreinigungen schwierig, in die untere Kammer der Dichtung einzudringen. Sollte sich dabei jedoch Schlamm in der Kammer ansammeln, wird sein Abfluss problematisch. Tests haben gezeigt, dass normalerweise die Ansammlung von Schlamm genau in dieser Kammer auftritt, nämlich in dem unteren Teil des radial äußeren Rings. Die Ansammlung von Schlamm, die das Wasser, das ebenfalls vorliegt, nicht entfernen kann, ist ein Nachteil, der die Lebensdauer der Radnabenanordnung reduziert, was in einem schnelleren Verschleiß der Lippen der Dichtungen resultiert und einen korrekten Betrieb der gesamten Lagereinheit verhindert.
Um diesen Nachteil zu überwinden, ist eine bekannte Lösung das Bereitstellen eines Abflusslochs in dem Träger der Fahrzeugaufhängung. Diese Lösung löst leider nicht das zuvor erwähnte Problem: Aus Design-Gründen kann das Abflussloch nur an der axial inneren Seite der Lagereinheit vorgesehen sein, und obwohl es den Abfluss in dieser Zone erleichtert, schafft es nicht, das Problem auf der axial äußeren Seite der Lagereinheit zu lösen.
Daher gibt es den Bedarf, eine Dichtvorrichtung auszubilden, die nicht die voranstehend genannten Nachteile hat.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Dichtvorrichtung, beispielsweise für eine Lagereinheit einer Radnabenanordnung, bereitzustellen, wobei die Vorrichtung sowohl mit einer Abschirmungsfunktion bezogen auf äußere Verunreinigungen als auch mit einer geometrischen Form versehen ist, die den Abfluss des - wenn auch limitierten - Flusses von Verunreinigungen, die in die Dichtvorrichtung eingedrungen sind, begünstigt. Insbesondere kann, um die Ansammlung von Schlamm auf ein Minimum zu reduzieren, die an der Unterseite des radial äußeren Rings gesehen werden kann, gemäß der vorliegenden Erfindung die Umfangsausdehnung der nicht-kontaktierenden Lippe, die die Labyrinthdichtfunktion durchführt, unterbrochen werden, um einen verbesserten Abfluss zu erlauben.
Andererseits kann diese neue Lösung dennoch sicherstellen, dass es eine wirkungsvolle Labyrinthdichtung zum Verhindern des Eindringens von Schlamm und anderen Verunreinigungen in die Lagereinheit gibt. Andererseits muss die Labyrinthlösung derart sein, um sicherzustellen, dass der Schlamm, das Wasser und die Verunreinigungen, die in die Dichtvorrichtung eingedrungen sind, nicht an einem Herausfließen gehindert werden, und um dies zu erreichen, muss ihre Umfangsausdehnung optimiert werden und in jedem Fall auf eine Winkelöffnung kleiner als 360 Grad begrenzt werden. Auf diese Weise kann das Wasser leicht jeglichen Schlamm, der sich im Inneren ansammeln könnte, oder schlimmstenfalls erlauben, die Ansammlung auf eine vernachlässigbare Schlammmenge zu begrenzen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Dichtvorrichtung gemäß den charakteristischen Eigenschaften, die in dem angehängten unabhängigen Anspruch angegeben sind, beschrieben.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird auch eine Radnabenanordnung mit einer Lagereinheit, die mit der Dichtvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung versehen ist, beschrieben.
Weitere bevorzugte und/oder besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden gemäß den charakteristischen Eigenschaften, die in den angehängten abhängigen Ansprüchen angegeben sind, beschrieben.
Figurenliste
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die angehängten Zeichnungen beschrieben, die eine Anzahl von nicht beschränkenden Beispielen der Ausführungsformen davon zeigen, in denen:

1 eine partielle Querschnittsansicht einer Radnabenanordnung ist, die mit einer Dichtvorrichtung versehen ist;
2a ein Ausschnitt eines oberen Teils der Dichtvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
2b ein Ausschnitt des unteren Teils der Dichtvorrichtung gemäß 2a ist;
3 ein Ausschnitt einer Dichtvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist; und
4 eine nicht kontaktierende Lippe der Dichtvorrichtung gemäß 3 zeigt.

Ausführliche Beschreibung
Rein als nicht beschränkendes Beispiel wird die vorliegende Erfindung nun mit Bezug auf eine Radnabenanordnung für Kraftfahrzeuge beschrieben, die mit einer Lagereinheit versehen ist, die eine Dichtvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung hat.
Mit Bezug auf 1 wird eine Radnabenanordnung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung insgesamt durch 10 bezeichnet. Die Figur zeigt einen Ausschnitt der Konfiguration, die als Beispiel bereitgestellt wird.
Die Anordnung 10 hat eine Hauptrotationsachse X und umfasst eine Nabe 20, die rotiert, und eine Lagereinheit 30, die wiederum aufweist:

- einen feststehenden radial äußeren Ring 31;
- einen radial inneren Ring 22, der durch die Nabe 20 definiert ist;
- einen weiteren rotierenden radial inneren Ring 34, der an und einstückig mit der Nabe 20 befestigt ist;
- zwei Reihen von Wälzkörpern 32, 33, in diesem Beispiel Kugeln, die zwischen dem radial äußeren Ring 31 und den radial inneren Ringen 22 und 34 angeordnet sind; und
- zwei Käfige 39 und 40, um die Wälzkörper der Reihen von Wälzkörpern 32, 33 in Position zu halten.

In der Gesamtheit der vorliegenden Beschreibung und der Ansprüche werden die Begriffe und Ausdrücke, die Positionen und Orientierungen, wie beispielsweise „radial“ und „axial“, verstanden, sich auf die Hauptachse der Rotation X der Lagereinheit 30 zu beziehen. Ausdrücke wie beispielsweise „axial außen“ und „axial innen“ beziehen sich stattdessen auf den zusammengebauten Zustand der Radnabenanordnung und beziehen sich in speziellen Fällen bevorzugt auf eine Radseite bzw. auf eine Seite, die der Radseite gegenüberliegt.
Der radial äußere Ring 31 ist mit zwei jeweiligen radial äußeren Laufbahnen 31' versehen, während die radial inneren Ringe 22, 34 mit jeweiligen radial inneren Laufbahnen 20', 34' versehen sind, die das Laufen der Reihen von axial äußeren Wälzkörpern 32, die zwischen dem radial äußeren Ring 31 und der Nabe 20 angeordnet sind, und von axial inneren Wälzkörpern 33 zwischen dem radial äußeren Ring 31 und dem radial inneren Ring 34 erlauben. Der einfacheren Darstellung halber werden die Bezugszeichen 32, 33 verwendet, um sowohl einzelne Kugeln als auch Reihen von Kugeln anzugeben. Wiederum der Einfachheit halber kann der Begriff „Kugel“ beispielsweise in der vorliegenden Beschreibung und den angehängten Zeichnungen anstelle des allgemeineren Begriffs „Wälzkörper“ (und genauso werden die gleichen Bezugszeichen verwendet) verwenden werden. Die Radnabenanordnung 10 ist mit zumindest einer Dichtvorrichtung 50, beispielsweise einer Vorrichtung, die an der axialen Außenseite der Lagereinheit befestigt ist, versehen. Die nachstehend vorgenommenen Kommentare mit Bezug auf die Dichtvorrichtung 50 sind ebenfalls auf die Dichtvorrichtung 60 anwendbar, die an der axial inneren Seite der Lagereinheit befestigt ist.
Mit Bezug auf 2a kann die Dichtvorrichtung 50 eine zweiteilige Kassettendichtung sein, die eine statische Komponente 70, die an dem radial äußeren Ring 31 befestigt ist, und einen rotierbaren Abschnitt aufweist, der an dem radial inneren Ring befestigt ist, der in der Figur nur bei der geformten metallischen Abschirmung 58 sichtbar ist. Im Verlauf der vorliegenden Beschreibung wird die statische Komponente 70 der Dichtvorrichtung im Wesentlichen betrachtet, wobei die eine Komponente wie die anderen Komponenten der Lagereinheit eine axiale Symmetrie aufweist und daher als der obere Teil dieser statischen Komponente 70 definiert werden kann, d. h. der Teil, der über der horizontalen Ebene liegt, die durch die Symmetrieachse X hindurchgeht, d. h. im Grunde der Abschnitt, der am weitesten vom Boden weg ist. Der restliche Teil wird als der untere Teil definiert. Diese Definition wird in der gleichen Weise auch bei den anderen Komponenten der Lagereinheit 30, beispielsweise der radial äußere Ring 31, angewendet. 2a zeigt den oberen Teil der Dichtvorrichtung, während 2b den unteren Teil davon zeigt.
Die statische Komponente 70 der Dichtvorrichtung 50 umfasst einen geformten metallischen Träger 51, auf dem eine erste Lippe 53 und eine zweite Lippe 54, die aus einem elastomeren Material hergestellt sind, keinen Kontakt mit dem rotierbaren Abschnitt oder der metallischen Abschirmung 58 herstellen, mitgeformt sind. Die Lippen 53, 54 und die Abschirmung 58 definieren ein Volumen 55, das in Kontakt mit der äußeren Umgebung ist und in dem sich Schlamm und/oder andere Verunreinigungen ansammeln können. Die statische Komponente 70 der Dichtvorrichtung 50 ist ebenfalls mit einem Paar von Kontaktlippen 56, 57 versehen, die wiederum aus einem elastomeren Material hergestellt sind. Diese Kontaktlippen stellen einen Kontakt mit der metallischen Abschirmung 58 her und definieren zusammen mit der Abschirmung ein inneres Volumen 59. In jedem Fall ist zu verstehen, dass sich die Ausgestaltung, die Anordnung und die Menge der Dichtlippen ändern können, ohne dabei vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Der Eintritt von Schlamm in das innere Volumen 59 wird durch die Anwesenheit einer Labyrinthdichtung begrenzt, die durch die zweite Nicht-Kontaktlippe 54 und durch die metallische Abschirmung 58 gebildet ist. Jedoch kann es sowohl während Betriebsarbeitsbedingungen als auch während der Validationstests, die an der Lagereinheit ausgeführt werden, vorkommen, dass etwas Schlamm in das Volumen 59 eintritt. Bei einer Lösung, wie die die bisher beschrieben wurde, wird es schwierig, den Schlamm aus der Labyrinthdichtung ablaufen zu lassen, und daher sammelt sich Schlamm in diesem Volumen 59 und beeinflusst die Leistung der Lagereinheit negativ. In 2b, die den unteren Teil der statischen Komponente 70 der Dichtvorrichtung 50 zeigt, ist es möglich, das neue Merkmal gemäß der vorliegenden Erfindung in einer ersten Ausführungsform zu sehen. Die zweite Nicht-Kontaktlippe 54 ist nicht über die gesamten 360 Grad gebildet, sondern nur über einen Teil davon. Auf diese Weise liegt bei dem unteren Teil der Dichtvorrichtung 50 die Labyrinthdichtung zwischen der Lippe 54 und der Abschirmung 58 nicht länger vor. Daher können Schlamm oder andere Verunreinigungen, die aufgrund der Gravitation dazu neigen, den unteren Teil des Volumens 59 zu besetzen, leicht diesem Volumen 59 entkommen. Es ist klar, dass die statische Komponente 70 an dem radial äußeren Ring 31 korrekt ausgerichtet befestigt sein muss, nämlich so, dass der obere Teil der zweiten Nicht-Kontaktlippe 54 dem oberen Teil des radial äußeren Rings 31 entspricht. Abhängig von der Anwendung und den Gebrauchsbedingungen kann die Winkelausdehnung des fehlenden Teils der Lippe 54 von 160° bis 200° variieren und ist bevorzugt gleich 180°. Im Fall von anspruchsvolleren Anwendungen wird der feste Winkelabschnitt der Lippe 54 dazu neigen, sich zu erhöhen, um die assoziierte Labyrinthdichtung zu verbessern und daher kann die Winkelausdehnung des fehlenden Teils der Lippe 54 von 50° bis 70° variieren und ist bevorzugt gleich 60°.
3 und 4 zeigen eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 4 gesehen werden kann, ist die zweite Nicht-Kontaktlippe 54 durch eine alternierende Abfolge von festen Abschnitten 54' und Leerstellen 54" gebildet, die folglich mehr oder weniger in der gleichen Art wie die Ausführungsform der 2 mit der Dualfunktion einer Labyrinthdichtung bei ihren Abschnitten 54' und dem Abfluss bei den verbleibenden Abschnitten 54" funktioniert. Die Winkelausdehnung jedes festen Abschnitts 54' und jeder Leerstelle 54" kann zwischen 20° und 30° liegen, wobei die untere Grenze abhängig von den gegenwärtigen Formungstechnologien ist. Konsequenterweise wird die Anzahl der festen Abschnitte und der entsprechenden Leerstellen zwischen neun und sechs sein. Offensichtlich gibt es bei dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung nicht den Bedarf für eine Richtungsmontage der statischen Komponente 70 der Dichtvorrichtung an dem radialen Innenring 31.
Zusammenfassend stellt diese Lösung, die abhängig von der Kraftfahrzeuganwendung in der besten Weise definiert wird, eine größere Effizienz aufgrund der verbesserten Dichtleistung in dem Gebiet sicher, wobei geräuschbezogene Probleme aufgrund der Anhäufung von Schlamm reduziert werden. Offensichtlich stellt sie eine bessere Leistungsfähigkeit auch bei sumpfigen und/oder schlammigen Straßenoberflächen sicher.
Zusätzlich zu den Ausführungsformen der Erfindung, wie voranstehend beschrieben, ist zu verstehen, dass zahlreiche weitere Varianten existieren. Es muss auch verstanden werden, dass diese Ausführungsformen nur als Beispiel bereitgestellt sind und weder den Gegenstand der Erfindung noch seine Anwendungen noch seine möglichen Konfigurationen begrenzt. Andererseits muss verstanden werden, dass obwohl die voranstehend bereitgestellte Beschreibung dem Fachmann ermöglicht, die vorliegende Erfindung zumindest in einem ihrer Beispiele der Konfiguration zu implementieren, zahlreiche Variationen der beschriebenen Komponenten ebenfalls möglich sind, ohne dadurch von dem Umfang der Erfindung abzuweichen, wie sie in den angehängten Ansprüchen definiert, wortwörtlich interpretiert und/oder in Übereinstimmung mit ihren rechtlichen Äquivalenten definiert ist.

Claims

Dichtvorrichtung (50) für eine Lagereinheit (30), wobei die Dichtvorrichtung (50) aufweist: - eine statische Komponente (70) und - eine rotierbare metallische Abschirmung (58), wobei die statische Komponente (70) wiederum einen geformten Metallträger (51), auf dem eine erste Lippe (53) und eine zweite Lippe (54) zusammen ausgeformt sind, die keinen Kontakt mit der metallischen Abschirmung (58) herstellen, und zumindest eine Lippe (56, 57) aufweist, die Kontakt mit der metallischen Abschirmung (58) herstellt, wobei die zweite Lippe (54) und die metallische Abschirmung (58) eine Labyrinthdichtung definieren, wobei die Dichtvorrichtung (50) dadurch gekennzeichnet ist, dass die zweite Nicht-Kontaktlippe (54) eine Winkelausdehnung von kleiner als 360° hat, so dass der Abfluss von Verunreinigungen aus der Innenseite der Dichtvorrichtung (50) entlang ihres fehlenden Winkelabschnitts auftritt.
Dichtvorrichtung (50) gemäß Anspruch 1, wobei der fehlende Winkelabschnitt der zweiten Nicht-Kontaktlippe (54) zwischen 160° und 200° liegt.
Dichtvorrichtung (50) gemäß Anspruch 2, wobei der fehlende Winkelabschnitt der zweiten Nicht-Kontaktlippe (54) gleich 180° ist.
Dichtvorrichtung (50) gemäß Anspruch 1, wobei der fehlende Winkelabschnitt der zweiten Nicht-Kontaktlippe (54) zwischen 50° und 70° liegt.
Dichtvorrichtung (50) gemäß Anspruch 4, wobei der fehlende Winkelabschnitt der zweiten Nicht-Kontaktlippe (54) gleich 60° ist.
Dichtvorrichtung (50) gemäß Anspruch 1, wobei der fehlende Winkelabschnitt der zweiten Nicht-Kontaktlippe (54) eine Mehrzahl von Leerstellen (54") hat, die sich mit entsprechenden massiven Abschnitten (54') abwechseln.
Dichtvorrichtung (50) gemäß Anspruch 6, wobei die Anzahl der Leerstellen (54") der Mehrzahl gleich neun ist und die Winkelausdehnung jeder Leerstelle (54") gleich 20° ist.
Dichtvorrichtung (50) gemäß Anspruch 6, wobei die Anzahl der Leerstellen (54") der Mehrzahl gleich sechs ist und die Winkelausdehnung jeder Leerstelle (54") gleich 30° ist.
Lagereinheit (30), die mit einer Dichtvorrichtung (50) gemäß einem der vorherigen Ansprüche versehen ist.
Radnabenanordnung (10) für Kraftfahrzeuge, die eine Nabe (20) und eine Lagereinheit (30) gemäß Anspruch 9 aufweist.