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Die
Erfindung betrifft eine Lageranordnung zur beweglichen Lagerung
eines Maschinenteils.
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Lageranordnungen
sind in vielen Fällen
zur Umgebung hin abgedichtet, um die Lagerflächen im Innenbereich der Lageranordnungen
vor der Einwirkung von Fremdpartikeln, Wasser usw. zu schützen sowie
ein Austreten von Schmiermittel aus dem Innenbereich in die Umgebung
zu verhindern. Durch harte Fremdpartikel kann es zu einem beschleunigten
Verschleiß der
in der Regel hochpräzise
ausgebildeten Lagerflächen
kommen, der negative Auswirkungen auf die Lagereigenschaften haben
kann und zu einem vorzeitigen Ausfall der Lageranordnungen führen kann.
Wasser kann Korrosionsschäden
hervorrufen und die Schmierwirkung des Schmiermittels beeinträchtigen.
Daraus können
wiederum eine Verschlechterung der Lagereigenschaften und ein vorzeitiger
Ausfall der Lageranordnungen resultieren. Ein Schmiermittelverlust
wirkt sich ähnlich
aus und führt
zudem zu einer Verunreinigung der die Lageranordnungen umgebenden
Bereiche.
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Im
Betriebszustand einer Lageranordnung herrscht in ihrem Innenbereich
in der Regel eine höhere
Temperatur als im Ruhezustand. Bei einer abgedichteten Lageranordnung
hat der Temperaturanstieg einen Druckanstieg zur Folge. Der Druckanstieg
kann wiederum zu Undichtheiten führen, über welche
der Überdruck
im Innenbereich der Lageranordnung ganz oder teilweise abgebaut
wird. Dabei kann es auch zu einem Austritt von Schmiermittel in die
Umgebung kommen. Kühlt
sich die abgedichtete Lageranordnung nach einem Druckausgleich bei
erhöhter
Temperatur wieder ab, so entsteht im Innenbereich der Lageranordnung
ein Unterdruck, der wiederum Undichtheiten verursachen kann. Dadurch können Luft,
Wasser, Fremdpartikel usw. aus der Umgebung in den Innenbereich
der Lageranordnung gesaugt werden.
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Um
die schädlichen
Folgen eines Über-
oder Unterdrucks im Innenbereich der Lageranordnung zu vermeiden,
sollten Druckunterschiede zwischen dem Innenbereich der Lageranordnung
und der Umgebung möglichst
verhindert werden. In diesem Zusammenhang sind bereits unterschiedliche
Maßnahmen zur
Herstellung eines Druckausgleichs zwischen dem Innenbereich der
Lageranordnung und der Umgebung bekannt. Beispielsweise wird die
Lageranordnung mit einer Druckausgleichsöffnung und evtl. einem Überdruckventil
ausgestattet oder es wird eine Dichtung mit einem integrierten Ventil
verwendet. Mit diesen Maßnahmen
kann ein Austritt von Schmiermittel aus dem Innenbereich der Lageranordnung und
ein Vordringen von Wasser oder Fremdpartikeln aus der Umgebung in
den Innenbereich allerdings nicht vollständig verhindert werden. Außerdem können die
Ventileinrichtungen durch eindringendes Wasser oder eindringende
Fremdpartikel gebrauchsunfähig
werden.
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Weiterhin
ist es aus der
DE
202 13 600 U1 bekannt, Verunreinigungen, die insbesondere
durch Reinigungs- und Waschmedien in den Innenbereich der Lageranordnung
eingedrungen sind, wieder aus dem Innenbereich zu entfernen. Hierzu
weist die Lageranordnung eine zwischen dem Innenbereich und der
Umgebung angeordnete fluidische Verbindung auf, die zumindest teilweise
mit einem Material mit Membranwirkung versehen ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Innenbereich einer Lageranordnung
zur beweglichen Lagerung wenigstens eines Maschinenteils zuverlässig und
dauerhaft vor der Einwirkung schädlicher
Stoffe zu schützen
und/oder einen Austritt eines gegebenenfalls im Innenbereich vorgehaltenen Schmiermittels
zu verhindern.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Lageranordnung mit der Merkmalskombination
des Anspruchs 1 gelöst.
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Die
erfindungsgemäße Lageranordnung
zur beweglichen Lagerung eines Maschinenteils weist wenigstens eine
Dichtung zur Abdichtung eines Innenbereichs der Lageranordnung gegenüber einem Umgebungsbereich
auf. Zwischen dem Innenbereich und dem Umgebungsbereich besteht
eine Verbindung, die durch eine gasdurchlässige Barriere verschlossen
ist. Die Besonderheit der erfindungsgemäßen Lageranordnung besteht
darin, dass eine Rückhalteeinrichtung
vorgesehen ist, die verhindert oder erschwert, dass Stoffe, welche
die Gasdurchlässigkeit
der Barriere beeinflussen, zur Barriere vordringen.
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Die
Erfindung hat den Vorteil, dass der Innenbereich der Lageranordnung
zuverlässig
und dauerhaft vom Umgebungsbereich getrennt ist und dadurch gute
Vorraussetzungen für
eine lange Lebensdauer der Lageranordnung bestehen. Dennoch ist
ein Gasaustausch zwischen dem Innenbereich und dem Umgebungsbereich
möglich,
so dass ein Aufbau unzulässig
hoher Druckdifferenzen zwischen dem Innenbereich und dem Umgebungsbereich
verhindert wird. Durch die Rückhalteeinrichtung
ist gewährleistet,
dass die Möglichkeit
des Gasaustausches über
die gesamte Lebensdauer der Lageranordnung erhalten bleibt.
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Die
Rückhalteeinrichtung
kann auf der Seite der Barriere angeordnet sein, die dem Innenbereich zugewandt
ist. Im Bereich der Rückhalteeinrichtung kann
eine Gleitbeschichtung, insbesondere aus PTFE, ausgebildet sein.
Dadurch kann die Funktionsweise der Rückhaltevorrichtung verbessert
werden.
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Im
Innenbereich kann ein Schmiermittel vorgehalten werden, für das die
Barriere nicht durchlässig
ist. In diesem Fall ist die Rückhalteeinrichtung
bevorzugt so ausgebildet, dass sie ein Vordringen des Schmiermittels
aus dem Innenbereich zur Barriere verhindert oder erschwert. Insbesondere
ist die Rückhalteeinrichtung
so ausgebildet, dass sie das Schmiermittel von der Barriere weg
fördert.
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Auf
der Seite der Barriere, die dem Umgebungsbereich zugewandt ist,
kann eine Abdeckung angeordnet sein. Dies hat den Vorteil, dass
die Barriere vor äußeren mechanischen
Einwirkungen geschützt
wird.
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Die
Barriere ist bevorzugt an einem Lagerbauteil angeordnet. Dabei kann
die Verbindung zwischen dem Innenbereich und dem Umgebungsbereich
durch das Lagerbauteil hindurch verlaufen. Bei einem Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Lageranordnung
ist die Barriere an einem Lagerring angeordnet. Insbesondere kann
die Barriere Bestandteil einer Baugruppe sein, die wenigstens partiell
im Umgebungsbereich angeordnet und mit dem Innenbereich verbunden
ist. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Lageranordnung
ist die Barriere an einer Dichtung angeordnet. Damit lässt sich
eine sehr kompakte Bauweise realisieren und es müssen keine sonstigen Änderungen
an der Lageranordnung vorgenommen werden.
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Die
Barriere ist vorzugsweise als eine Membran ausgebildet. Membranmaterialien
mit einer ausreichenden Gasdurchlässigkeit und Temperaturbeständigkeit
sind kostengünstig
verfügbar.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele erläutert.
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Es
zeigen:
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1 ein
Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäß ausgebildeten
Lageranordnung in einer schematisierten Schnittdarstellung,
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2 ein
Ausführungsbeispiel
für die
Druckausgleichseinrichtung in einer schematisierten Schnittdarstellung,
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3 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Lageranordnung
in einer schematisierten Schnittdarstellung und
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4 einen
vergrößerten Ausschnitt
aus 3 im Bereich der Druckausgleichseinrichtung.
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1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäß ausgebildeten
Lageranordnung in einer schematisierten Schnittdarstellung. Auf
einer gestuft ausgebildeten Welle 1 sind in einem Abstand axial
nebeneinander ein erster Innenring 2 und ein zweiter Innenring 3 angeordnet.
Die Innenringe 2 und 3 sind radial von einem Außenring 4 umschlossen. Auf
dem ersten Innenring 2 und dem Außenring 4 rollt ein
Satz von ersten Wälzkörpern 5 ab.
Ein Satz von zweiten Wälzkörpern 6 rollt
auf dem zweiten Innenring 3 und dem Außenring 4 ab. Weiterhin
ist im radialen Freiraum zwischen dem ersten Innenring 2 und dem
Außenring 4 ein
erster Dichtring 7 und im radialen Freiraum zwischen dem
zweiten Innenring 3 und dem Außenring 4 ein zweiter
Dichtring 8 angeordnet. Durch die Welle 1, die
Innenringe 2 und 3, den Außenring 4 und die
Dichtringe 7 und 8 wird ein Innenbereich 9 von
einem Umgebungsbereich 10 abgeteilt. Im Innenbereich 9 wird
ein nicht figürlich
dargestelltes Schmiermittel, beispielsweise ein Öl oder ein Fett, vorgehalten.
In den Innenbereich 9 mündet
eine Durchgangsbohrung 11, die sich in Radialrichtung durch
den Außenring 4 hindurch
bis zum Umgebungsbereich 10 erstreckt und dort durch eine
Druckausgleichseinrichtung 12 abgedeckt ist. Aufbau und Funktionsweise
der Druckausgleichseinrichtung 12 werden anhand von 2 näher erläutert.
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2 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
für die Druckausgleichseinrichtung 12 in
einer schematisierten Schnittdarstellung. Die Druckausgleichseinrichtung 12 ist
vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt und weist ein rohrförmig ausgebildetes
Unterteil 13 auf, das an seiner Basis 14 verbreitert
und dort derart mit dem Außenring 4 verklebt
ist, dass die Durchgangsbohrung 11 des Außenrings 4 in
das Unterteil 13 der Druckausgleichseinrichtung 12 mündet. Alternativ oder
zusätzlich
zur Verklebung kann das Unterteil 13 der Druckausgleichseinrichtung 12 auch
mit dem Außenring 4 verschraubt
oder partiell in die Durchgangsbohrung 11 des Außenrings 4 eingepresst sein.
Dabei ist der Übergang
zwischen der Durchgangsbohrung 11 des Außenrings 4 und
dem Unterteil 13 der Druckausgleichseinrichtung 12 gas-
und flüssigkeitsdicht
ausgebildet. Im Inneren des Unterteils 13 sind von dessen
Innenwand schräg
abstehende Rippen 15 ausgebildet, deren freien Enden zur Durchgangsbohrung 11 des
Außenrings 4 hin
gerichtet sind. Die Innenwand des Unterteils 13 und die Rippen 15 sind
mit einer Beschichtung 16 vorzugsweise aus PTFE versehen.
PTFE steht dabei für
Polytetrafluorethylen und stellt einen Kunststoff mit guten Gleiteigenschaften
dar.
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An
seiner Außenseite
weist das Unterteil 13 der Druckausgleichseinrichtung 12 einen
umlaufenden Wulst 17 auf, in den ein Oberteil 18 der
Druckausgleichseinrichtung 12 mit einer auf seiner Innenseite
umlaufenden Nut 19 einrastet. Um den Übergang zwischen dem Unterteil 13 und
dem Oberteil 18 der Druckausgleichseinrichtung 12 gas-
und flüssigkeitsdicht
auszubilden, können
diese miteinander verklebt sein oder es kann ein Dichtmittel im Übergangsbereich
vorgesehen sein. Das Oberteil 18 der Druckausgleichseinrichtung 12 ist
als ein um 90 Grad abgewinkeltes Rohr ausgebildet, das einen ersten Schenkel 20 und
einen zweiten Schenkel 21 aufweist. Mit dem ersten Schenkel 20 ist
das Oberteil 18 der Druckausgleichseinrichtung 12 über das
Unterteil 13 gestülpt.
Das freie Ende des zweiten Schenkels 21 ist durch eine
Membran 22 verschlossen. Die Membran 22 ist für Flüssigkeiten
wie beispielsweise Wasser oder Öl
und für
feste Partikel undurchlässig. Für Gase wie
zum Beispiel Luft ist die Membran 22 hingegen durchlässig. Die
Undurchlässigkeit
bzw. Durchlässigkeit
der Membran 22 besteht jeweils gleichermaßen für eine Transportrichtung
von der Umgebung 10 in das Oberteil 18 der Druckausgleichseinrichtung 12 hinein
als auch für
eine umgekehrte Transportrichtung. Die Membran 22 kann
beispielsweise aus einem Material bestehen, das unter dem Handelsnamen
GORE-TEX vertrieben wird. Zum Schutz der Membran 22 vor äußeren mechanischen Einwirkungen
oder vor Verschmutzung ist über
das freie Ende des zweiten Schenkels 21 des Oberteils 18 ein
Deckel 23 gestülpt.
Der Deckel 23 weist wenigstens eine Entlüftungsöffnung 24 auf, über die
Luft ein- und ausströmen
kann.
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Die
Druckausgleichseinrichtung 12 führt einen Druckausgleich zwischen
dem Innenbereich 9 der Lageranordnung und dem Umgebungsbereich 10 aus,
so dass sich im Innenbereich 9 weder ein nennenswerter Überdruck
noch ein nennenswerter Unterdruck aufbaut. Wenn sich beispielsweise
der Innenbereich 9 der Lageranordnung erwärmt und
dadurch der Druck ansteigt, strömt
Luft vom Innenbereich 9 durch die Durchgangsbohrung 11 des
Außenrings 4,
das Unterteil 13 und das Oberteil 18 der Druckausgleichseinrichtung 12,
die Membran 22 und die Entlüftungsöffnung 24 des Deckels 23 zum
Umgebungsbereich 10. Das im Innenbereich 9 der
Lageranordnung befindliches Schmiermittel wird dagegen von den Rippen 15 im
Unterteil 13 der Druckausgleichseinrichtung 12 weitgehend
zurückgehalten und
fließt
in den Innenbereich 9 zurück. Das Zurückfließen wird durch die Beschichtung 16 auf
der Innenseite des Unterteils 13 und auf den Rippen 15 begünstigt,
so dass allenfalls kleine Mengen an Schmiermittel zur Membran 22 gelangen.
Die Membran 22 hält
dann auch noch diese Schmiermittelreste zurück, so dass es zu keinerlei
Schmiermittelaustritt kommt. Dadurch, dass allenfalls kleine Mengen
von Schmiermittel zur Membran 22 gelangen, wird verhindert,
dass das Schmiermittel die Membran 22 verstopft und dadurch
den Gasaustausch behindert.
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Wenn
sich der Innenbereich 9 der Lageranordnung wieder abkühlt und
dadurch der Druck im Innenbereich 9 sinkt, wird durch die
Entlüftungsöffnung 24 des
Deckels 23, die Membran 22, das Oberteil 18 und
das Unterteil 13 der Druckausgleichseinrichtung 12 sowie
die Durchgangsbohrung 11 des Außenrings 4 Luft vom
Umgebungsbereich 10 in den Innenbereich 9 der
Lageranordnung gesaugt. Dabei verhindert die Membran 22,
dass neben der Luft auch Fremdpartikel oder Flüssigkeiten, insbesondere Wasser,
in den Innenbereich 9 der Lageranordnung gelangen.
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Alternativ
zu der in den 1 und 2 dargestellten
Ausbildung der Druckausgleichseinrichtung 12 besteht beispielsweise
auch die Möglichkeit, die
Druckausgleichseinrichtung 12 in einen der Dichtringe 7 oder 8 zu
integrieren. Eine derartige Variante, die beispielsweise bei Anwendungssituation
bevorzugt wird, bei denen kein Bauraum für die Ausbildung der Druckausgleichseinrichtung 12 gemäß den 1 und 2 zur
Verfügung
steht, ist in den 3 und 4 dargestellt.
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3 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Lageranordnung
in einer schematisierten Schnittdarstellung. Ein vergrößerter Ausschnitt
aus 3 im Bereich der Druckausgleichseinrichtung 12 ist
in 4 dargestellt. Bei dem in den 3 und 4 dargestellten
Ausführungsbeispiel
ist die Druckausgleichseinrichtung 12 in den ersten Dichtring 7 integriert.
Der erste Dichtring 7 weist einen Radialabschnitt 25 und
einen Axialabschnitt 26 auf. Der Radialabschnitt 25 liegt
fest am Außenring 4 an
und dichtet gegen den Außenring 4 ab.
Am Axialabschnitt 26 ist eine Dichtkante 27 ausgebildet,
die am ersten Innenring 2 anläuft und gegen diesen abdichtet.
Im Bereich des Radialabschnitts 25 weist der erste Dichtring 7 wenigstens
eine Durchbrechung 28 auf, die sich vorzugsweise lediglich über einen
Teilbereich des Umfangs erstreckt, um die Stabilität des ersten
Dichtrings 7 nicht in unzulässiger Weise zu beeinträchtigen.
Die Durchbrechung 28 wird von der Membran 22 abgedeckt,
die im Innenbereich 9 der Lageranordnung am Radialabschnitt 25 des ersten
Dichtrings 7 angeordnet ist. Die Membran 22 ist
so geformt und positioniert, dass sie die Durchbrechung 28 vollständig abdeckt.
Weiterhin ist im Innenbereich 9 der Lageranordnung axial
neben dem ersten Dichtring 7 eine Tellerfeder 29 angeordnet,
die am Außenring 4 anliegt
und bis auf einen kleinen Spalt 30 an den Axialabschnitt 26 des
ersten Dichtrings 7 heranreicht. Der sonstige Aufbau der
Lageranordnung entspricht dem Ausführungsbeispiel gemäß den 1 und 2,
wobei allerdings im Außenring 4 keine
radiale Durchgangsbohrung 11 vorgesehen ist.
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Auch
bei dem in den 3 und 4 dargestellten
Ausführungsbeispiel
ermöglicht
die Druckausgleichseinrichtung 12 einen Druckausgleich
zwischen Innenbereich 9 der Lageranordnung und dem Umgebungsbereich 10 und
verhindert gleichzeitig ein Austreten des Schmiermittels vom Innenbereich 9 in den
Umgebungsbereich 10 sowie ein Eindringen von Fremdpartikeln
oder Wasser aus dem Umgebungsbereich 10 in den Innenbereich 9.
Dabei wird durch die Tellerfeder 29 gewährleistet, dass keine großen Mengen
an Schmiermittel aus dem Innenbereich 9 der Lageranordnung
bis zur Membran 22 vordringen und diese verschmutzen. Der
Gasaustausch zwischen dem Innenbereich 9 der Lageranordnung
und dem Umgebungsbereich 10 erfolgt über den Spalt 30,
die Membran 22 und die Durchbrechung 28 im Radialabschnitt 25 des
ersten Dichtrings 7.
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Bei
den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen weist die
Lageranordnung jeweils ein zweireihiges Kegelrollenlager auf. Eine
derart ausgebildete Lageranordnung kann beispielsweise in Getrieben
oder als Radlager, insbesondere bei Lastkraftwagen oder Bussen,
eingesetzt werden. Die erfindungsgemäße Lageranordnung kann aber
auch ein andersartig ausgebildetes Wälzlager aufweisen. Ebenso ist
es möglich,
dass die erfindungsgemäße Lageranordnung
ein Gleitlager aufweist. In einer weiteren Abwandlung der erfindungsgemäßen Lageranordnung
sind mehrere Lager vorgesehen.
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- 1
- Welle
- 2
- erster
Innenring
- 3
- zweiter
Innenring
- 4
- Außenring
- 5
- erster
Wälzkörper
- 6
- zweiter
Wälzkörper
- 7
- erster
Dichtring
- 8
- zweiter
Dichtring
- 9
- Innenbereich
- 10
- Umgebungsbereich
- 11
- Durchgangsbohrung
- 12
- Druckausgleichseinrichtung
- 13
- Unterteil
- 14
- Basis
- 15
- Rippe
- 16
- Beschichtung
- 17
- Wulst
- 18
- Oberteil
- 19
- Nut
- 20
- erster
Schenkel
- 21
- zweiter
Schenkel
- 22
- Membran
- 23
- Deckel
- 24
- Entlüftungsöffnung
- 25
- Radialabschnitt
- 26
- Axialabschnitt
- 27
- Dichtkante
- 28
- Durchbrechung
- 29
- Tellerfeder
- 30
- Spalt