DE19547741A1

DE19547741A1 - Dichtung für Wälzlager

Info

Publication number: DE19547741A1
Application number: DE19547741A
Authority: DE
Inventors: Daniel Robert Mclarty; Salvatore Jun Acampora
Original assignee: Torrington Co
Current assignee: Timken US LLC
Priority date: 1994-12-29
Filing date: 1995-12-20
Publication date: 1996-07-04
Also published as: US5470158A; GB2296535A; CA2152991A1; CA2152991C; GB9525443D0; GB2296535B

Description

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Abdichtungsvorrichtung für Lager mit Roll- oder Wälzelementen und insbesondere auf eine Abdichtung, die die Dimensionsveränderungen der Lagerelemente innerhalb weiterer Toleranzen kompensiert, als es Abdichtungen nach dem Stand der Technik konnten.

In Lageranordnungen mit Roll- oder Wälzelementen sind diese Elemente in einem ringförmigen Raum zwischen äußeren und inneren Lagerringen angeordnet, um die Reibung zu vermindern. Allgemein werden Abdichtungsvorrichtungen an den axialen Enden solcher Lageranordnungen vorgesehen, um Schmiermittel innerhalb der Lageranordnung zu halten und Fremdkörper vom Eindringen in die Lageranordnung fernzuhalten, wo sie eine Beschädigung der Roll- oder Wälzelemente oder der Lagerlaufbahnen verursachen könnten. Typischerweise sind solche Abdichtungsvorrichtungen an einem Lagerring gehalten und drehen sich mit diesem Lagerring, während sie mit dem anderen Lagerring in Eingriff bringbar sind, um eine Abdichtung zu bewirken.

Bei einigen Dichtungsvorrichtungen nach dem Stand der Technik wird ein im wesentlichen starres elastomeres Dichtelement in eine ringförmige Dichtnut in einem Lagerring eingebaut. Die Dichtnut kann eine V-förmige Nut an einem axialen Ende des Lagerrings sein. Ein kontinuierlicher Umfang des Dichtelements wird radial nach innen zusammengedrückt, um eine Installation des Dichtelements über eine Haltefläche hinweg zu ermöglichen. Wegen seiner Nachgiebigkeit dehnt sich das Dichtelement dann radial nach außen in die Dichtnut aus, um eine Abdichtung mit dem Lagerring zu bewirken. Der Umfang des Dichtelements solcher Abdichtungsvorrichtungen muß genau auf die Dichtnut angepaßt werden. Ein zu großes Übermaß (Interferenz) kann ein Falten oder Stauchen des Umfangs des Dichtelements zur Folge haben und die gewünschte Abdichtung verhindern. In ähnlicher Weise kann ein ungeeignetes oder zu geringes Übermaß eine nicht ausreichende Vorbelastung oder Vor spannung des Dichtelements in der Dichtnut zur Folge haben, um die gewünschte Abdichtung zu bewirken. Die Kosten für die Einhaltung ausreichend enger Toleranzen bei der Herstellung sowohl des Lagerrings als auch des elastomeren Dichtelements treiben den Preis der Lager anordnungen mit Roll- oder Wälzelementen nach dem Stand der Technik in die Höhe.

Aus dem vorstehenden ergeben sich Beschränkungen und Nachteile, die beim Stand der Technik bestehen. Daher ist es ersichtlich, daß es vorteilhaft wäre, eine Alternative zu schaffen, um diese Beschränkungen oder Nachteile zu überwinden. Demgemäß wird durch die Erfindung eine geeignete Alternative vorgeschlagen, deren Merkmale nachstehend mehr im einzelnen beschrieben werden.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird dies durch ein Dichtelement für ein Lager mit Wälz- oder Rollelementen erreicht, das äußere und innere Lagerringe und eine Vielzahl von Roll- oder Wälzelementen innerhalb eines ringförmigen Raums dazwischen aufweist. Eine ringförmige Dichtnut ist an einem axialen Ende eines der Lagerringe vorgesehen. Das Dichtelement weist einen Ring aus einem elastomeren Material mit einer Vielzahl von umfangsmäßig periodisch angeordneten, sich radial erstreckenden Vorsprüngen auf, die einstückig an einem äußeren Umfang oder an einem inneren Umfang des Dichtelements angeordnet sind. Die Vorsprünge sind so gestaltet, daß sie einen Festsitz oder Preßsitz in radialer Richtung in bezug auf eine Bodenwand und eine äußere Seitenwand der Dichtnut schaffen, um eine Abdichtung zu bewirken.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung.

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht, die ein Rollelementlager vor dem Einbau des Dicht elements gemäß der Erfindung zeigt;

Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht, die ein Ausführungsbeispiel des Dichtelements der Erfindung veranschaulicht, wobei das Rollelementlager von Fig. 1 in gestrichelten Linien gezeigt ist;

Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht, die das Rollelementlager von Fig. 1 nach dem Einbau des Dichtelements von Fig. 2 zeigt;

Fig. 4 ist eine axiale Ansicht des Dichtelements von Fig. 2, wie durch die Linie 4-4 angedeutet, wobei das Rollelementlager von Fig. 1 in gestrichelten Linien gezeigt ist;

Fig. 5 ist eine axiale Ansicht, ähnlich der Fig. 4, und veranschaulicht ein zweites Aus führungsbeispiel des Dichtelements der Erfindung;

Fig. 6 ist eine axiale Ansicht, ähnlich der Fig. 4, und veranschaulicht ein drittes Aus führungsbeispiel des Dichtelements der Erfindung;

Fig. 7 ist eine axiale Ansicht, ähnlich der Fig. 4 und veranschaulicht ein Dichtelement nach dem Stand der Technik.

Fig. 1 veranschaulicht ein Rollelementlager 10 vor dem Einbau des Dichtelements nach der Erfindung. Das Rollelementlager 10 weist äußere und innere Lagerringe 12 und 14 auf, die eine gemeinsame zentrale Achse 15 haben, die in Fig. 4 angedeutet ist, und die einen ringför migen Raum 16 zwischen sich bilden. Roll- oder Wälzelemente 18 innerhalb des ringförmi gen Raums 16 sind durch einen Lagerhalter 19 in Umfangsrichtung angeordnet. Die Elemente können beispielsweise Kugeln sein, wie gezeigt, oder sie können konische, sphärische oder zylindrische Rollen verschiedener Arten sein.

Eine ringförmige Dichtnut 20 ist innerhalb der radial inneren Oberfläche des äußeren La gerrings 12 an einem axialen Ende 22 vorgesehen und ist im wesentlichen durch eine radiale innere Seitenwand 24, eine gekrümmte Bodenwand 26, eine geneigte äußere Seitenwand 28 und eine abgerundete Lippe 30 gebildet. Diese definierten Oberflächen bilden zusammen im Querschnitt eine durchgehende Umrißlinie, die sich von der abgerundeten Lippe 30 axial nach innen und radial nach außen längs der abgeschrägten äußeren Seitenwand 28 und der ge krümmten Bodenwand 26 erstreckt und von dort axial nach innen und radial nach innen längs der gekrümmten Bodenwand 26 und der im wesentlichen radialen inneren Seitenwand 24, und die an einem Punkt 32 endet, der einen Durchmesser kleiner als der Durchmesser der abge rundeten Lippe 30 hat. Die im wesentlichen radiale innere Seitenwand 24 kann geneigt sein, um einen Anzugswinkel oder eine Formschräge zu bilden, wie gezeigt.

Der innere Lagerring 14 weist an seiner radial äußeren Oberfläche eine geneigte Oberfläche 34 auf, die eine konvexe konische Oberfläche gegenüber der ringförmigen Dichtnut 20 hat. Die geneigte Oberfläche 34 erstreckt sich von dem axialen Ende 22 axial nach innen und radial nach außen wie eine Rampe. Andere Gestaltungen des inneren Rings 14 können vorgesehen sein, wenn eine Labyrinth-Dichtung oder eine andere, berührungsfreie Dichtung erwünscht ist.

Das in Fig. 2 gezeigte Dichtelement 40 weist einen elastomeren Teil 41 und einen metalli schen Verstärkungsteil 42 auf, der im Querschnitt C-förmig ist. Der elastomere Teil 41 erstreckt sich von dem äußeren Umfang des metallischen Verstärkungsteils 42 axial nach außen und radial nach außen als im wesentlichen radiale Oberfläche 43 und Rampenfläche 44, dann axial nach außen als zylindrischer Abschnitt 45 und gekerbter Abschnitt 46, bevor er eine flache axiale Endoberfläche 47 erreicht. Der elastomere Teil 41 kann an seinem inneren Durchmesser eine Dichtungslippe 48 aufweisen, wie gezeigt, oder eine andere herkömmliche Gestaltung, wie beispielsweise eine Labyrinth-Dichtung. Der elastomere Teil 41 deckt nicht die offene Seite des C-förmigen Verstärkungsteils 42 ab, der nach innen weist und einen Freiraum für die Rollelemente 18 und den Lagerhalter 19 schafft.

Die Phantomlinien von Fig. 2 zeigen die Elemente des Rollelementlagers 10 in Beziehung zu dem Dichtelement 40. Die im wesentlichen radiale Oberfläche 43 ist parallel zu der im wesentlichen radialen inneren Seitenwand 24, ist aber axial nach innen versetzt durch die ringförmige Dichtfläche 49. Es ist bedeutsam, daß die Rampenfläche 44 sich radial nach außen gegenüber der gekrümmten Bodenwand 26 und der geneigten äußeren Seitenwand 28 erstreckt, so daß der zylindrische Teil 45 einen Festsitz oder Preßsitz in radialer Richtung bildet. Die Kerbe 46 ist derart angeordnet, daß die radial äußere Kante der flachen axialen Endoberfläche 47 an der abgerundeten Lippe 30 angeordnet ist. Die flache axiale Endober fläche 47 ist geringfügig in bezug auf das axiale Ende 22 zurückgesetzt. Die Dichtungslippe 48 erstreckt sich radial nach außen von der geneigten Oberfläche 34.

Fig. 3 veranschaulicht das Rollelementlager 10, nachdem das Dichtelement 40 axial nach innen in seine eingefügte Stellung gedrückt worden ist. Die Dichtfläche 49 wurde dicht gegen die im wesentlichen radiale innere Seitenwand 24 gedrückt, um eine Abdichtung zu bewirken. Die Rampenfläche 44 und der zylindrische Teil 45 sind radial nach innen zusammengedrückt worden, um der gekrümmten Bodenwand 26 und der schrägen äußeren Seitenwand 28 zu entsprechen oder dazu zu passen, wodurch eine axiale Kraft auf die Dichtfläche 49 ausgeübt wird. Die Dichtungslippe 48 wurde axial nach außen verformt und berührt die geneigte Oberfläche 34, um eine gleitende Berührungsabdichtung zu schaffen.

Fig. 4 veranschaulicht das Dichtelement 40 von Fig. 2, wie es in axialer Richtung gesehen ist. Das Dichtelement 40 ist gekennzeichnet durch umfangsmäßig periodisch angeordnete und sich radial erstreckende Vorsprünge 50, die eine allgemein D-förmige Gestalt haben, längs seines äußeren Umfangs mit umfangsmäßig angeordneten Freiräumen 52 zwischen diesen. Die kreisförmige Umhüllung oder Spur 54 der radial äußeren Enden der Vorsprünge 50 entspricht dem zylindrischen Teil 45. Die Vorsprünge 50 haben abgerundete Seitenteile 56. Die sich in Umfangsrichtung erstreckenden Freiräume 52 ermöglichen eine Ausdehnung der Vorsprünge 50 in einer Umfangsrichtung, wenn das Dichtelement 40 an der abgerundeten Lippe 30 vorbeigedrückt wird, wenn das Dichtelement 40 in das Rollelementlager 10 eingefügt wird.

Die Fig. 5 und 6 veranschaulichen alternative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfin dung als Dichtelemente 58 und 60 mit umfangsmäßig periodischen und sich radial erstrecken den Vorsprüngen 62 und 64. Die Vorsprünge 62 haben in axialer Ansicht eine allgemein trapezförmige Gestalt mit dem zylindrischen Teil 45 und geraden, abgewinkelten Seitenteilen 66. Die Vorsprünge 64 haben in axialer Ansicht eine allgemein rechteckige Gestalt mit dem zylindrischen Teil 45 und im wesentlichen radialen Seitenteilen 68. Bei jedem dieser alternati ven Ausführungsbeispiele ist der Querschnitt des Dichtelements der gleiche wie derjenige des Dichtelements 40, wie in Fig. 2 veranschaulicht, und die gleichen Bezugszahlen werden für identische Teile verwendet.

Im Gegensatz zu dem Dichtelement der vorliegenden Erfindung veranschaulicht Fig. 7 ein Dichtelement 70 nach dem Stand der Technik, gegenüber welchem die Erfindung eine Verbesserung bietet. Es ist zu sehen, daß der Umfang 72 des Dichtelements 70 nach dem Stand der Technik kontinuierlich und nicht unterbrochen ist. Wenn das Dichtelement 70 in die ringförmige Dichtnut 22 ohne die erwünschten Dimensionstoleranzen eingedrückt wird, kann der Umfang 72 ohne angemessene Entlastung unter Druck kommen. Der sich ergebende Druck innerhalb des elastomeren Materials kann ein Falten, Knicken, Stauchen oder eine andere Deformation der Abdichtungsfläche 42 zur Folge haben und die Dichtung unwirksam machen, wodurch es möglich ist, daß Verunreinigungen in das Lager eindringen oder Schmiermittel entweicht. Zum Vergleich ist das Dichtelement 70 mit einer flachen Endfläche 47 und mit einer Dichtungslippe 48 gezeigt, die ähnlich der flachen Endfläche 47 und der Dichtungslippe 48 der vorhergehenden Figuren sind.

Die Erfindung ist vor allem dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsvorrichtung ein Dichtelement aus im wesentlichen starrem elastomerem Material, mit oder ohne Metallver stärkung, aufweist, wobei eine Kante mit einer Vielzahl von umfangsmäßig periodisch angeordneten, sich radial erstreckenden nachgiebigen Vorsprüngen versehen ist, die verform bar sind, um einen Einbau in eine Nut eines Lagerrings zu gestatten. Nach dem Einbau bleiben die Vorsprünge geringfügig verformt, um eine Dichtfläche des Dichtelements gegen den Lagerring vorzuspannen, um eine Abdichtung aufrechtzuerhalten.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß die Erfindung eine Abdichtungsvor richtung schafft, die einen weiteren Bereich von Dimensionsveränderungen abdeckt als Abdichtungsvorrichtungen nach dem Stand der Technik, und zwar ohne Falten, Stauchen, Knicken oder andere Verformungen des Dichtelements, die die Abdichtung zerstören würden. Das Dichtelement kann an dem inneren Durchmesser eines äußeren Lagerrings installiert werden, wie dargestellt, oder alternativ an dem äußeren Durchmesser eines inneren La gerrings. In diesem Fall hat der innere Umfang des Dichtelements die umfangsmäßig peri odisch angeordneten und sich radial erstreckenden Vorsprünge, die in eine ringförmige Dichtnut des inneren Lagerrings eingesetzt werden.

Claims

1. Dichtelement (40) für ein Rollelementlager (10), das äußere und innere Lagerringe (12, 14) und dazwischen eine Vielzahl von Rollelementen (18) innerhalb eines ringförmigen Raumes (16) hat, wobei einer der Lagerringe (12) eine ringförmige Dichtnut (20) an einem axialen Ende (22) hat, wobei die Dichtnut eine Bodenwand (26), eine innere Seitenwand (24) und eine äußere Seitenwand (28) hat und wobei das Dichtelement (40) aufweist:

- einen Ring (41) aus einem elastomeren Material, der einen äußeren Umfang und einen inneren Umfang hat,
- eine Vielzahl von umfangsmäßig periodisch angeordneten, sich radial erstrecken den Vorsprüngen (50, 62, 64), die einstückig entweder an dem äußeren Umfang oder an dem inneren Umfang des Rings (41) angeformt sind,
- wobei die Vorsprünge (50, 62, 64) so gestaltet sind, daß sie einen Preß- oder Festsitz in radialer Richtung in bezug auf die Bodenwand (26) und die äußere Seitenwand (28) der Dichtnut (20) schaffen, um eine Abdichtung zu bewirken.

2. Dichtelement (40) nach Anspruch 1, bei dem die innere Seitenwand (24) der Dichtnut (20) im wesentlichen radial ist und bei dem der Festsitz der Vorsprünge (50, 62, 64) in bezug auf die Bodenwand (26) und die äußere Seitenwand (28) der Dichtnut (20) eine axiale Kraft auf das Dichtelement (40) ausübt, um eine Abdichtung zwischen dem Dichtelement (40) und der inneren Seitenwand (24) der Dichtnut (20) zu bewirken.

3. Dichtelement (40) nach Anspruch 1, bei dem das Dichtelement (40) sich radial von den Vorsprüngen (50, 62, 64) erstreckt, um im wesentlichen den Ringraum (16) zwischen dem äußeren Lagerring (12) und dem inneren Lagerring (14) zu schließen.

4. Dichtelement (40) nach Anspruch 1, das ferner eine Dichtungslippe (48) aufweist, die einstückig mit dem Ring (41) ausgebildet ist und sich radial erstreckt, um an dem jeweils anderen äußeren Lagerring (12) oder inneren Lagerring (14) als Gleitberüh rungsdichtung anzugreifen.

5. Dichtelement (40) nach Anspruch 1, bei dem die Dichtnut (20) an dem äußeren La gerring (12) angeordnet und die Vorsprünge (50, 62, 64) an dem äußeren Umfang des Rings (41) angeordnet sind.

6. Dichtelement (40) nach Anspruch 1, bei dem die äußere Seitenwand (28) abgeschrägt ist und eine in der axialen Auswärtsrichtung konvergierende Oberfläche der Art bietet, daß die Vorsprünge (50, 62, 64) aufgrund des Festsitzes der Vorsprünge (50, 62, 64) in bezug auf die Dichtnut (20) axial nach innen wie auch radial nach innen vorgespannt sind.

7. Dichtelement (40) nach Anspruch 1, das ferner ein ringförmiges metallisches Ver stärkungsglied (42) aufweist.

8. Dichtelement (40) nach Anspruch 7, bei dem das ringförmige metallische Verstarkungs glied (42) im Querschnitt C-förmig ist, wobei der offene Teil des C-förmigen Quer schnitts axial nach innen gerichtet ist, so daß ein Freiraum für die Rollelemente (18) und für einen Lagerhalter (19) geschaffen ist, sofern ein solcher vorgesehen ist.

9. Dichtelement (40) nach Anspruch 1, bei dem die innere Seitenwand (24) der Dichtnut (20) im wesentlichen radial ist und bei dem der Ring (41) eine im wesentlichen radiale Oberfläche (43) der Art hat, daß der Festsitz der Vorsprünge (50, 62, 64) in bezug auf die Dichtnut (20) die im wesentlichen radiale Oberfläche (43) des Rings (41) gegen die innere Seitenwand (24) der Dichtnut (20) vorspannt, um die Abdichtung zu bewirken.

10. Dichtelement (40) nach Anspruch 9, bei dem die im wesentlichen radiale Oberfläche (43) des Rings (41) eine ringförmige Dichtungsfläche (49) aufweist, die axial nach innen versetzt ist, um die Abdichtung gegenüber der inneren Seitenwand (24) der Dichtnut (20) zu bewirken.

11. Dichtelement (40) nach Anspruch 1, bei dem die Vorsprünge (50) bei Betrachtung in der axialen Richtung im wesentlichen D-förmig sind, wobei die Vorsprünge (50) einen gekrümmten Außenumfang, der durch einen kreisförmigen Teil der radial äußeren Enden (45) des Dichtelements (40) gebildet ist, und gekrümmte Seitenteile (56) haben.

12. Dichtelement (40) nach Anspruch 1, bei dem die Vorsprünge (62) bei Betrachtung in der axialen Richtung im wesentlichen trapezförmig sind, wobei die Vorsprünge (62) einen gekrümmten Außenumfang, der durch einen kreisförmigen Teil der radial äußeren Enden (45) des Dichtelements (40) gebildet ist, und abgewinkelte gerade Seitenteile (66) haben.

13. Dichtelement (40) nach Anspruch 1, bei dem die Vorsprünge (64) bei Betrachtung in der axialen Richtung im wesentlichen rechteckig sind, wobei die Vorsprünge (64) einen gekrümmten Außenumfang, der durch einen kreisförmigen Teil der radial äußeren Enden (45) des Dichtelements (40) gebildet ist, und im wesentlichen radiale gerade Seitenteile (68) haben.

14. Dichtelement (40) nach Anspruch 1, bei dem die Vorsprünge (50, 62, 64) eine Rampen fläche (44) haben, die mit einem der äußeren und inneren Lagerringe (12, 14) derart in Eingriff bringbar ist, daß die Vorsprünge (50, 62, 64) nachgiebig verformt werden, wenn das Dichtelement (40) während des Einbauens axial in die Dichtnut (20) einge drückt wird.