DE102018105832A1

DE102018105832A1 - Kassettendichtung mit Doppellabyrinth und Fliehkraftdichtung

Info

Publication number: DE102018105832A1
Application number: DE102018105832.2A
Authority: DE
Inventors: Marco Krapf
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2018-03-14
Filing date: 2018-03-14
Publication date: 2019-09-19

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kassettendichtung (1) einer Wälzlagerung, die in einer Öffnung (4) zwischen zwei Bauteilen eingesetzt ist und die aus einem drehstarr positionierten Trägerring (6) und einem rotierenden Trägerring (7) besteht, die axial beabstandet mit entgegengesetzt winkelförmigem Profil zusammengefügt sind und dabei einen Innenraum (5) begrenzen, wobei jeder Trägerring (6, 7) wenigstens teilweise von einer elastischen Dichtstruktur (10, 11) ummantelt ist und die Kassettendichtung (1) einen rotierenden Trägerring (7) mit einer M-förmig gestalteten Armierung (9), zwei getrennte Dichtlabyrinthe (17, 18) sowie zumindest eine als Fliehkraftdichtung ausgeführte Dichtlippe (23, 53) umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kassettendichtung einer Wälzlagerung, bestehend aus einem inneren rotierenden Trägerring und einem äußeren drehstarr positionierten Trägerring, die radial beabstandet in eine Öffnung zwischen zwei, dem Wälzlager zugeordneten Bauteilen eingesetzt sind, gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
Derartige Kassettendichtungen werden beispielsweise zur Abdichtung von Radlagern in Fahrzeugen eingesetzt, zum Schutz des Wälzlagerinnenraumes gegen von außen eintretendes Wasser, Schmutz und dergleichen. Die als zweiteilige Baugruppen ausgebildeten Kassettendichtungen sind dabei in eine Öffnung eingesetzt, wobei ein beispielsweise als ein Winkelblechring ausgeführter, ein erstes Bauteil der Baugruppe bildender Trägerring auf einem rotierenden Innenring oder eine Welle aufgepresst ist. Ein weiterer, das zweite Bauteil der Baugruppe bildender, drehstarr positionierter Trägerring ist in eine Aufnahme eines Lagerrings oder eines Gehäuses eingepresst.
In der DE 35 05 464 A1 ist eine Kassettendichtung gezeigt, die zur Abdichtung eines rotierenden Bauteils, wie einer Welle oder eines Lagerrings gegenüber einem ortsfesten Bauteil, insbesondere einem Gehäuse oder einem Lagerring vorgesehen ist. Aus der DE 38 38 824 A1 ist eine Kassettendichtung bekannt, die aus einem statischen, auch Dichtungsring genannten ersten Trägerring und einem rotierenden, zweiten, auch Schleuderring zu bezeichnenden Trägerring gebildet wird. Die Trägerringe schließen jeweils eine als Blechumformteil gestaltete Armierung ein, deren abgewinkelte Schenkel in eine Aufnahme eines Gehäuses oder eines Lagerrings bzw. auf eine Welle oder auf einen Lagerring gepresst werden. Weiterhin sind die Trägerringe teilweise von einer elastischen Dichtstruktur ummantelt, deren zugehörige Dichtlippen jeweils an dem gegenüberliegenden Trägerring dichtend abgestützt sind.
Die EP 0 520 853 A1 offenbart eine Wälzlagerung mit einem zweiteiligen Dichtungssystem, das ein Bauteil einer Sensorik einschließt, die für eine Drehzahlmessung bestimmt ist. Dazu ist ein Encoder als Impulsgeber einem rotierenden Bauteil des Dichtungssystems der Wälzlagerung zugeordnet, der mit einem ortsfest positionierten Sensor zusammenwirkt. In der DE 195 03 468 C1 ist eine Dichtungsanordnung für ein Radlager gezeigt, die neben einer Dichtungsfunktionen auch einen Multipolring als Encoder einschließt, der in Verbindung mit einem Sensor eine Drehzahlmessung des Fahrzeugrads ermöglicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kassettendichtung anzubieten, die sich durch ein niedriges Reibmoment und eine hohe Funktionssicherheit auszeichnet sowie einfach aufgebaut und kostengünstig darstellbar ist.
Die Lösung der gestellten Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Weitere bevorzugte Ausführungsformen oder Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, der Beschreibung und den zugehörigen Figuren zu entnehmen.
Gemäß der Erfindung umfasst die Kassettendichtung einen rotierenden, auch Schleuderring genannten Trägerring mit einer M-förmig gestalteten Armierung, zwei getrennte Dichtlabyrinthe sowie zumindest eine als Fliehkraftdichtung ausgeführte Dichtlippe. Gegenüber dem aktuellen Stand der Technik kann mit dem erfindungsgemäßen, zwei voneinander getrennt positionierte Dichtlabyrinthe einschließenden Konzept eine Kassettendichtung mit einer vorteilhaft verbesserten Dichtperformance realisiert werden. Weiterhin stellt sich aufgrund einer fliehkraftabhängig bzw. drehzahlabhängig wirkenden Dichtlippe im Betriebszustand ein reduziertes Reibmoment ein. Dazu ist die aus einer elastischen Dichtstruktur geformte oder an der Dichtstruktur anvulkanisierte Dichtlippe bei niedrigen Drehzahlen mit einer geringen Überdeckung an einer Gegenkontur abgestützt, die wirksam den Eintritt von Schmutzwasser in die Wälzlagerung unterbindet.
Die Dichtlippe ist so ausgelegt, dass diese im Stillstand bzw. bei niedrigen Drehzahlen des zugehörigen Trägerrings dichtend an dem weiteren Trägerring anliegt. Bei höheren Drehzahlen hebt die Dichtlippe unter Ausnutzung der Fliehkraft von einem Abstützbereich bzw. einem Dichtsitz ab, so dass deren Dichtfunktion aufgehoben wird. Somit ist bei der erfindungsgemäßen Kassettendichtung ab einem definierten Drehzahlniveau keine Dichtlippe mehr an einer Gegenfläche abgestützt. Diese Maßnahme reduziert den Verschleiß der dynamischen Dichtlippe und nimmt gleichzeitig positiven Einfluss auf die Reibung bzw. das Reibmoment sowie die Lebensdauer der Dichtlippe. Aufgrund des drehzahlabhängigen Kontaktes der Fliehkraftdichtlippe stellt sich im Vergleich zu einer Kassettendichtung mit einer stetig anliegenden Dichtlippe ein reduziertes Reibmoment ein. Vorteilhaft erfüllt die gemäß der Erfindung aufgebaute Kassettendichtung die heutigen Anforderungen an Dichtsysteme bzw. Dichtungsanordnungen hinsichtlich Dichtheit und niedrigem Reibmoment.
Außerdem zeichnet sich diese einfach aufgebaute und kostengünstig darstellbare Kassettendichtung durch eine kompakte Bauform und eine hohe Funktionssicherheit aus. Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Kassettendichtung für Radlagerungen von Fahrzeugen wie PKW oder LKW bestimmt, zur Realisierung einer CO2 optimierten Radlagerung, wobei die Kassettendichtung auch für weitere Anwendungen einsetzbar ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung bildet ein Ringspalt zwischen den Dichtstrukturen der radial beabstandeten Abschnitte der Trägerringe ein erstes Dichtlabyrinth. Das weitere Dichtlabyrinth definiert ein axialer Ringspalt, der von einer elastischen Dichtstruktur des drehstarren Trägerrings sowie einer axial vorstehenden Stufe des M-förmigen Querschnittprofils des rotierenden Trägerrings begrenzt ist.
Die als Fliehkraftdichtung ausgeführte Dichtlippe, die bei Erreichen einer vorgegebenen Drehzahl von dem drehstarren Trägerring abhebt, kann innerhalb der Kassettendichtung an unterschiedlichen Positionen am rotierenden Trägerring positioniert werden. In einer ersten Lageposition ist die als Fliehkraftdichtung ausgeführte Dichtlippe radial zu dem zweiten Dichtlabyrinth in Richtung eines rotierenden inneren Lagerrings oder einer rotierenden Welle mit dem Trägerring verbunden.
Die Fliehkraftdichtlippe kann so platziert werden, dass sich diese bei einer weiteren Drehzahlsteigerung an einer inneren Kontur des zweiten Dichtlabyrinths abstützt. Weiterhin besteht die Möglichkeit, die als Fliehkraftdichtung ausgeführte Dichtlippe zwischen den Dichtlabyrinthen zu platzieren.
Ferner schließt die Erfindung für die Fliehkraftdichtung eine Abtropfkante ein, die vorteilhaft so an der Unterseite der zugehörigen Dichtlippe platziert ist, dass deren Lage mit einer Fangrinne übereinstimmt, die aus der elastischen Dichtstruktur des drehstarren Trägerrings geformt ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Kassettendichtung weist der drehstarre Trägerring eine Armierung mit einem annähernd C-förmigen Querschnittprofil auf. Dabei verläuft ein radial innerer abgewinkelter Abschnitt des drehstarren Trägerrings radial beabstandet zu einem abgewinkelten Abschnitt des rotierenden Trägerrings. Ein sich dabei einstellender Dicht- oder Ringspalt wird lokal von einer Dichtlippe des rotierenden Trägerrings eingegrenzt.
Ferner bietet die erfindungsgemäß konzipierte Kassettendichtung die Möglichkeit, in dem rotierenden Trägerring einen Encoder zu integrieren, der mit einer ortsfesten Sensoranordnung zusammenwirkt, um die Drehzahl eines durch die Wälzlagerung gelagerten Bauteiles elektronisch messen zu können. Damit kann beispielsweise in einer Radlageranordnung die Raddrehzahl ermittelt werden, die in ABS- (Antiblockiersystem), ASR- (Antischlupfregelung) und/oder ESP- (Elektronische Stabilisationsprogrammregelung) Anwendungen weiter verarbeitet wird. Der auch Impulsgeber genannte Encoder ist bevorzugt in der elastischen Dichtstruktur des rotierenden Trägerrings auf der vom Innenraum abgewandten Seite integriert.
Eine weitere konstruktive Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die vorzugsweise aus einem elastischen Polymer hergestellte Dichtstruktur wenigstens eines Trägerrings der Kassettendichtung mehrere Dichtlippen einschließt, die dem zugehörigen weiteren Trägerring unmittelbar oder mittelbar zugeordnet sind. Beispielsweise bietet es sich an, den drehstarren Trägerring mit einer als Radiallippe ausgeführten Dichtlippe zu versehen, die an einem inneren Abschnitt des rotierenden Trägerrings abgestützt ist und die eine letzte Barriere für eventuell eindringendes Wasser bildet. Zur Erzielung einer definierten Abstützkraft kann die, auch Radiallippe genannte Dichtlippe außenseitig von einer Schlauchfeder umfasst werden.
Weitere Merkmale der Erfindung sind den Figuren zu entnehmen, die bevorzugte Ausführungsbeispiele zeigen und die nachfolgend beschrieben werden, wobei die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Es zeigen:

1: ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß aufgebauten Kassettendichtung;
2: ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß aufgebauten Kassettendichtung;
3: ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß aufgebauten Kassettendichtung;
4: eine Kassettendichtung, deren Aufbau einem bekannten Stand der Technik entspricht.

Die 1 zeigt in einem Halbschnitt eine als Kassettendichtung 1 aufgebaute Dichtungsanordnung 1, die für eine nicht dargestellte Wälzlagerung bestimmt ist, die in eine von zwei Bauteilen, einem ortsfesten Gehäuse 2 oder äußeren Lagerring und einer rotierenden Welle 3 oder inneren Lagerring, begrenzten Öffnung 4 eingesetzt ist. Die Kassettendichtung 1 schließt zwei axial beabstandete, einen Innenraum 5 begrenzende Trägerringe 6, 7 ein, die jeweils eine als Blechformteil ausgeführte Armierung 8, 9 aufweisen, welche zumindest bereichsweise von einer elastischen Dichtstruktur 10, 11 ummantelt ist. Die ein C-förmiges Querschnittprofil aufweisende Armierung 8 verfügt über zwei radial beabstandete abgewinkelte Abschnitte 12, 13, wobei der Abschnitt 12 drehstarr in dem Gehäuse 2 eingepresst ist. Die ein M-förmiges Querschnittprofil aufweisende Armierung 9 des Trägerrings 7 bildet zwei radial beabstandete, abgewinkelte Abschnitte 14, 15, wobei der Abschnitt 14 drehfixiert auf der rotierenden Welle 3 befestigt ist. Im Einbauzustand sind die Trägerringe 6, 7 mit entgegengesetzt winkelförmigen Profilen zusammengefügt, wobei deren Abschnitte 12, 13 sowie 14, 15 zueinander spielbehaftet angeordnet sind.
Ein Ringspalt 16 zwischen der Dichtstruktur 10 des Trägerrings 6 im Bereich des Abschnitts 12 und der radial beabstandeten Dichtstruktur 11 des Trägerrings 7 im Bereich des Abschnitts 15 bildet ein erstes Dichtlabyrinth 17. Ein zweites Dichtlabyrinth 18 definiert ein axialer Ringspalt 19, der von einer axial vorstehenden Stufe 20 des M-förmigen Querschnittprofils der Armierung 9 und der elastischen Dichtstruktur 10 des drehstarren Trägerrings 6 begrenzt ist. In einen sich zwischen den Dichtlabyrinthen 17, 18 einstellenden Ringraum ragt eine aus der Dichtstruktur 10 geformte Fangrinne 21, die beispielsweise im Stillstand der Wälzlagerung über das Dichtlabyrinth 17 in die Kassettendichtung 1 eintretendes Wasser aufnimmt, das im Betriebszustand aufgrund der Fliehkraft wieder austritt.
Zur Bildung einer Zweistofflösung umfasst der Trägerring 7 zwischen dem Dichtlabyrinth 18 und dem Abschnitt 14 eine weitere, zwei Dichtlippen 23, 24 einschließende Dichtstruktur 22. Die als Fliehkraftdichtung ausgeführte, zwischen dem Dichtlabyrinth 18 und dem Abschnitt 13 platzierte Dichtlippe 23 hebt bei Erreichen einer vorgegebenen Drehzahl der Kassettendichtung 1 selbstständig von der Armierung 8 des drehstarren Trägerrings 6 ab. Die weitere in einem von den Abschnitten 13, 14 der Trägerringe 6, 7 radial begrenzten Ringspalt 25 positionierte Dichtlippe 24 ist zur Bildung eines Dichtspaltes 26 in Richtung des Abschnitts 13 geneigt. In der Dichtstruktur 11 des rotierenden Trägerrings 7 ist stirnseitig auf der von dem Innenraum 5 abgewandten Seite ein Encoder 27 integriert, der mit einer ortsfesten Sensoranordnung (nicht gezeigt) zusammenwirkt, um die Drehzahl eines durch die Wälzlagerung gelagerten Bauteiles elektronisch messen zu können.
Die 2 und 3 zeigen weitere Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäß aufgebauten Kassettendichtungen, wobei für übereinstimmende Bauteile gleiche Bezugsziffern verwendet werden. Die nachfolgenden Beschreibungen sind weitestgehend auf unterschiedliche Ausgestaltungen beschränkt.
Die 2 zeigt die Kassettendichtung 30, deren drehstarrer Trägerring 36 eine als Winkelblechring gestaltete Armierung 38 mit einer Dichtstruktur 40 umfasst. Der rotierende Trägerring 37 mit als Zweistofflösung ausgebildeten Dichtstrukturen schließt übereinstimmend mit der Kassettendichtung 1 eine stirnseitige Dichtstruktur 11 mit zugehörigem Encoder 27 sowie eine innenseitige Dichtstruktur 52 ein. Weiterhin bildet die Armierung 9 des Trägerrings 37 entsprechend der Kassettendichtung 1 ein M-förmiges Querschnittprofil. Ein Ringspalt 46 zwischen dem Abschnitt 42 des Trägerrings 36 und der Dichtstruktur 11 des Trägerrings 37 ist als erstes Dichtlabyrinth 47 vorgesehen. Zwischen der Fangrinne 51 der elastischen Dichtstruktur 40 und der axial vorstehenden Stufe 20 der Armierung 9 ist ein das Dichtlabyrinth 48 bildender Ringspalt 49 vorgesehen. Eine weitere Dichtlippe 54 der Dichtstruktur 40 ist unmittelbar an dem Abschnitt 14 der Armierung 9 des rotierenden Trägerrings 37 abgestützt. Die innenseitig der Armierung 9 zugeordnete Dichtstruktur 52 bildet eine zwischen den Dichtlabyrinthen 47, 48 angeordnete, als Fliehkraftdichtung ausgeführte Dichtlippe 53, die zu dem Dichtlabyrinth 48 zeigend eine Abtropfkante 55 aufweist, deren Lage mit der Fangrinne 51 übereinstimmt.
In 3 ist die Kassettendichtung 60 abgebildet, die im Unterschied zu der Kassettendichtung 30 einen rotierenden Trägerring 67 mit einer auch als Einstofflösung zu bezeichnenden einteiligen Dichtstruktur 71 umfasst, aus der die Dichtlippe 53 als Fliehkraftdichtung geformt ist.
Die 4 zeigt die Kassettendichtung 80, deren Aufbau einer bekannten Lösung entspricht. Abweichend zu der in 1 gezeigten Kassettendichtung 1 umfasst die Kassettendichtung 80 einen rotierenden Trägerring 87 mit einer C-förmig gestalteten Armierung 89. Aufgrund dieser Armierungsform bildet die Kassettendichtung 80 nur ein Dichtlabyrinth 17. Die zu dem Innenraum 5 ausgerichtete, der Armierung 89 angepasste Dichtstruktur 102 des Trägerrings 87 erstreckt sich radial bis in den Bereich der Fangrinne 21.
Bezugszeichenliste

1: Kassettendichtung
2: Gehäuse
3: Welle
4: Öffnung
5: Innenraum
6: Trägerring
7: Trägerring
8: Arm ierung
9: Arm ierung
10: Dichtstruktur
11: Dichtstruktur
12: Abschnitt
13: Abschnitt
14: Abschnitt
15: Abschnitt
16: Ringspalt
17: Dichtlabyrinth
18: Dichtlabyrinth
19: Ringspalt
20: Stufe
21: Fangrinne
22: Dichtstruktur
23: Dichtlippe
24: Dichtlippe
25: Ringspalt
26: Dichtspalt
27: Encoder
30: Kassettendichtung
36: Trägerring
37: Trägerring
38: Arm ierung
40: Dichtstruktur
42: Abschnitt
46: Ringspalt
47: Dichtlabyrinth
48: Dichtlabyrinth
49: Ringspalt
51: Fangrinne
52: Dichtstruktur
53: Dichtlippe
55: Abtropfkante
60: Kassettendichtung
67: Trägerring
71: Dichtstruktur
80: Kassettendichtung
87: Trägerring
89: Arm ierung
102: Dichtstruktur

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3505464 A1 [0003]
DE 3838824 A1 [0003]
EP 0520853 A1 [0004]
DE 19503468 C1 [0004]

Claims

Kassettendichtung einer Wälzlagerung, die in einer Öffnung (4) zwischen zwei Bauteilen eingesetzt und die aus einem drehstarr positionierten Trägerring (6, 36) und einem rotierenden Trägerring (7, 37, 67, 87) besteht, die axial beabstandet mit entgegengesetzt winkelförmigem Profil zusammengefügt sind und dabei einen Innenraum (5) begrenzen, wobei jeder Trägerring (6, 7, 36, 67, 87) wenigstens teilweise von einer elastischen Dichtstruktur (10, 11, 22, 40, 52, 71, 102) ummantelt ist, aus der zumindest eine zu dem gegenüberliegenden Trägerring (6, 7, 36, 67, 87) ausgerichtete Dichtlippe (23, 24, 53, 54) geformt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kassettendichtung (1, 30, 60) einen rotierenden Trägerring (7, 37, 67) mit einer M-förmig gestalteten Armierung (9), zwei getrennte Dichtlabyrinthe (17, 18) sowie zumindest eine als Fliehkraftdichtung ausgeführte Dichtlippe (23, 53) umfasst.
Kassettendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ringspalt (16, 46) zwischen den Dichtstrukturen (10, 11) der radial beabstandeten Abschnitte (12, 15) der Trägerringe (6, 7, 36, 37, 67) ein erstes Dichtlabyrinth (17) bildet.
Kassettendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein axialer Ringspalt (19, 49) zwischen einer axial vorstehenden Stufe (20) der Armierung (9) des rotierenden Trägerrings (7, 37, 67) und der Dichtstruktur (10, 40) des drehstarren Trägerrings (6, 38) ein zweites Dichtlabyrinth (18) bildet.
Kassettendichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der rotierende Trägerring (7, 37, 67) eine radial zu dem zweiten Dichtlabyrinth (18) versetze, mit dem drehstarren Trägerring (6, 36) zusammenwirkende Dichtlippe (23, 53) aufweist, die bei Erreichen einer vorgegebenen Drehzahl von dem Trägerring (6, 36) abhebt.
Kassettendichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der rotierende Trägerring (7, 37, 67) eine zwischen den Dichtlabyrinthen (17, 18) platzierte, mit dem drehstarren Trägerring (6, 36) zusammenwirkende Dichtlippe (23, 53) umfasst, die bei Erreichen einer vorgegebenen Drehzahl von dem Trägerring (6, 36) abhebt.
Kassettendichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Dichtstruktur (10, 40) des drehstarren Trägerrings (6, 36) eine zu dem ersten Dichtlabyrinth (17) offene Fangrinne (21, 51) aufweist.
Kassettendichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtlippe (53) des rotierenden Trägerrings (36, 67) eine mit der Fangrinne (519 übereinstimmende Abtropfkante (55) bildet.
Kassettendichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der drehstarre Trägerring (6) eine annähernd C-förmig gestaltete Armierung (8) aufweist, deren radial innerer Abschnitt (13) gemeinsam mit einer Dichtlippe (24) des rotierenden Trägerrings (7) einen Dichtspalt (26) bildet.
Kassettendichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der elastischen Dichtstruktur (11) des rotierenden Trägerrings (7, 37) auf einer von dem Innenraum (5) abgewandten Seite ein Encoder (27) integriert ist.
Kassettendichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtstruktur (22) von dem Trägerring (7) mehrere Dichtlippen (23, 24) einschließt, die der Armierung (8) des zugehörigen weiteren Trägerrings (6) zugeordnet sind.