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RADLAGER FETT VERTEILER/ABSTREIFER - Dokument DE69721146T2
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69721146T2 20.11.2003
EP-Veröffentlichungsnummer 0822349
Titel RADLAGER FETT VERTEILER/ABSTREIFER
Anmelder Jaguar Cars Ltd., Allesley Coventry, West Midlands, GB
Erfinder Adkins, David P., Chapelfields, Coventry CV5 8DA, GB;
Ford, Mark S., Bulkington, Nuneaton CV12 9LN, GB
Vertreter Drömer, H., Dipl.-Phys. Dr.-Ing., Pat.-Ass., 51429 Bergisch Gladbach
DE-Aktenzeichen 69721146
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 28.07.1997
EP-Aktenzeichen 973056476
EP-Offenlegungsdatum 04.02.1998
EP date of grant 23.04.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.11.2003
IPC-Hauptklasse F16C 33/76
IPC-Nebenklasse F16C 33/66   

Beschreibung[de]
Bereich der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Lagereinheit mit einer Lagerdichtung mit Fettaustritt.

Hintergrund der Erfindung

Im typischen Falle beinhaltet eine Einheit aus Radlager und Rotornabe in einem Kraftfahrzeug ein zylindrisches Gehäuse, in welchem sich die Rotornabe dreht. Diese Rotornabe beinhaltet einen kurzen Schaftteil, der vom hinteren Ende bis zum Radlager reicht. Dies dient dazu, die Rückseite der Rotornabe in einem gewissen Abstand vom Radlager und dessen Dichtelement zu halten. Im typischen Falle beinhaltet das Radlager ein mittiges drehendes Teil und eine umlaufende Dichtung, die den Spalt zwischen dem drehenden und dem nicht drehenden Teil des Lagers überbrückt. Diese Dichtung ist die Hauptlagerdichtung, die sicherstellt, daß kein Schmutz und keine Flüssigkeit in die drehende Einheit eindringt. Um den Rand der Lagereinheit ist in einer Nut in der Gehäusewand ein Sicherungsring montiert. Zur Verstärkung der Dichtwirkung und zusätzlichen Schmierung einer solchen Einheit muß Schmierstoff in den Ringraum eingebracht werden, der hinter der Rückseite der Rotornabe entsteht.

In dem Bestreben, ihre wasserdichtende Wirkung zu verbessern, werden Radlager konstruiert, die Lagerdichtungen beinhalten, welche Fett wenigstens durch ihre äußersten Dichtbereiche austreten lassen. Das Fett soll dabei als Tertiärdichtung zwischen der Rotornabe und der Lagerdichtung wirken. Der Begriff eines 'Radlagers mit Fettaustritt' soll in dieser Offenbarung so benutzt werden, daß er jedes Radlager mit einer Lagerdichtung bezeichnet, die ausgelegt ist, Fett austreten zu lassen. Ein typisches Beispiel eines solchen Radlagers mit Fettaustritt wird von der Firma The Timken Co. in der 1835, Dueber Avenue SW, P. O. Box 6930 in Canton, Ohio 44706/0930 USA vertrieben. Zwar ist die Dichtung einer solchen Radlagereinheit mit Fettaustritt dazu gedacht, Fett gleichmäßig um den Rand der Einheit austreten zu lassen, in der Praxis ist der Fettaustritt jedoch manchmal ungleichmäßig. Dies kann zu einem Fettstau führen, der sich zwischen der Rückseite der Rotornabe und der Lagerdichtung aufbaut. Im Lauf der Zeit wird dieses Fett mit Fremdstoffen verunreinigt, die dann die Dichtung durch Reibung angreifen können. Eine solche Reibung führt dann unvermeidlich zum Verschleiß und zur Beschädigung der Dichtung und des Radlagers.

Werden Maßnahmen ergriffen, eine physische Schranke wie z. B. eine Abschirmung zwischen der Lagerdichtung und der Rotornabe einzubauen, um einen Fettstau auf der Rotornabe zu vermeiden, können dadurch verschiedene Probleme entstehen. Ist der Fettaustritt ungleichmäßig, können auch Bereiche entstehen, wo sehr wenig oder gar kein Fett ausgepreßt wird. Das Vorhandensein einer Abschirmung kann bedeuten, daß keine Tertiärdichtung mehr gebildet wird, und daß dann Wasser in die Einheit eindringen kann.

Die Patentschrift Nr. 1,954,685 der Vereinigten Staaten befaßt sich mit einer Schmiervorrichtung für eine in einem Lager gelagerte Welle, in welcher die Welle mit einer Büchse versehen ist, welche mit turbinenartigen Schaufeln zur Verteilung von Schmiermittel versehen ist. Die Schaufeln sind in bezug auf die zur Drehachse des Lagers normale Ebene nicht schräggestellt, was jedoch ein wichtiges Merkmal der nachfolgend beschriebenen Erfindung ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung zufolge wird eine Lagereinheit gestellt, welche ein eine Welle drehbar in einem Gehäuse tragendes Lager und eine zwischen der Welle und dem Gehäuse angeordnete Lagerdichtung mit Fettaustritt aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fettverteiler auf der Seite der Lagerdichtung angeordnet ist, aus der im Betrieb Fett austritt, wobei der Fettverteiler einen auf der Welle montierten Ringkranz und wenigstens eine Fettverteilerschaufel bzw. Klinge aufweist, die nur von einem Teil des Umfanges des Kranzes radial nach außen zum Gehäuse hin absteht, wobei die vordere Fläche der Fettverteilerschaufel einer zur Drehachse des Lagers senkrechten Ebene gegenüber schräggestellt ist, wobei die Drehung des Ringkranzes und der Schaufel im Betrieb dazu dient, das aus der Lagerdichtung ausgetretene Fett gleichmäßig um den Umfang der Dichtung zu verteilen, so daß die Abdichtung zwischen der Welle und dem Gehäuse verbessert wird.

Die Schaufel wirkt derart, daß sie das Fett um die Fläche der Dichtung verteilt, jedoch auch dazu neigt, das Fett gegen die Zylinderfläche des Gehäuses zu drücken, was die für die Tertiärdichtwirkung der Dichtung am wirkungsvollste Position ist.

Der Ringkranz ist vorzugsweise zylindrisch ausgebildet und hat einen Durchmesser, der geringfügig größer als der Durchmesser der drehbar gelagerten Welle ist, so daß sich der Ringkranz mit der Welle dreht.

Um sicherzustellen, daß der Ringkranz jedoch nicht durch die Ausdehnung der Welle gesprengt wird, sollte der Durchmesser des Ringkranzes vorzugsweise größer als der größtmögliche Durchmesser des Schaftes bzw. der Welle sein, und der Ringkranz sollte federnde Mittel beinhalten, mit denen er sich am Schaft bzw. an der Welle festhält, um zu gewährleisten, daß er sich mit dem Schaft bzw. der Welle dreht.

Die federnden Mittel beinhalten günstigerweise wenigstens einen, vorzugsweise aber drei federnde Finger, die unter Spannung auf den Schaftteil/ die Welle gerichtet sind. Die federnden Finger sind vorzugsweise einteilig mit dem Ringkranz ausgebildet und bilden Vorsprünge, die nach innen zum Schaftteil/ zur Welle hin gebogen sind.

Der Fettverteiler kann mehrere Schaufeln beinhalten, wobei die Höchstzahl von der von den Schaufeln abgedeckten Fläche bestimmt wird. Bevorzugt sollte die Fläche der Schaufeln nicht mehr als die Hälfte der Ringfläche zwischen dem Ringkranz und dem Gehäuserand abdecken. Dadurch ergibt sich für das Schmierfett noch genügend Raum, durch den es bis zum Rand der Rückseite der Welle gelangen kann.

Auch wird bevorzugt, daß der Fettverteiler eine gerade Schaufelzahl hat, bestehend aus einem oder mehreren diametral gegenüberliegenden Paaren. Dadurch wird eine ausgewuchtete Anordnung erreicht. Der Fettverteiler beinhaltet vorzugsweise zwei oder vier Schaufeln, besonders bevorzugt zwei Schaufeln.

Der Fettverteiler kann aus einer Anzahl verschiedener Werkstoffe sein, z. B. aus Metall, Gummi oder Nylon. Da er leicht, billig und verschleißfest sein soll, besteht er vorzugsweise aus Nylon.

Jede Schaufel sollte so weit wie möglich zur Gehäusewand reichen, ohne dabei die Drehung der Welle im Gehäuse zu beeinträchtigen. Typischerweise erstrecken sich die Schaufelränder bis auf etwa 1 mm Abstand von der Gehäusewand.

Da ein Bereich, in dem Fett oft austritt und sich ansammeln kann, der Bereich der Bohrungen des Sicherungsringes ist, reichen die Schaufeln vorzugsweise bis zu den Bohrungen des Sicherungsringes, so daß Fett, das sich in diesem Bereich ansammelt, von den Schaufeln berührt und um die Gehäusewand herum verteilt wird. Der Fettverteiler ist vorzugsweise so angeordnet, daß der Rand der Schaufel in einem Abstand von 0,5 mm bis 1,0 mm von der Ebene des Sicherungsringes liegt.

Zwar kann die Schaufel eben sein und in einer zur Ebene des Sicherungsringes im wesentlichen parallelen Ebene liegen, die (in Drehrichtung gesehen) vordere Seite der Schaufel ist aber vorzugsweise schräg in bezug auf die Ebene des Sicherungsringes angestellt, so daß die Vorderkante in bezug auf die Stirnfläche der Lagereinheit hin geneigt ist.

Mit der Ebene des Sicherungsringes bildet die Stirnseite der Schaufel vorzugsweise einen Winkel von im wesentlichen 30º.

Zwar kann der Querschnitt der Schaufel konstant sein, es wird jedoch vorgezogen, wenn sich die Schaufel (in Drehrichtung gesehen) zu ihrer Vorderkante hin verjüngt, so daß sie eine scharfe Kante mit kleinem Querschnitt bildet, die das "Abschaben" des Fettes unterstützt, insbesondere im Bereich der Bohrungen des Sicherungsringes.

Zur Erleichterung der Herstellung wird bevorzugt, daß der Fettverteiler nicht links- oder rechtslaufend ausgebildet ist. Wenn die Lagereinheit eine Radlagereinheit in einem Fahrzeug ist, bei dem die Welle von einer Rotornabe gebildet wird, dann ermöglicht dieses Merkmal, dieselbe Konstruktion an allen vier Rädern des Wagens einzusetzen. Es wird daher bevorzugt, daß jede Schaufel um eine Ebene parallel zur Diametralebene der Welle symmetrisch ist, wobei die Schaufel in zwei Richtungen von dieser Ebene jedem Rand hin spitz zuläuft.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Drei Einheiten aus Fettverteiler und Radlager im Einklang mit der Erfindung sollen nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen nur beispielartig näher erläutert werden; dabei zeigt:

Fig. 1: einen Querschnitt durch eine erste Radlagereinheit;

Fig. 2: eine perspektivische Darstellung eines zweiten Fettverteilers;

Fig. 3: eine Draufsicht auf einen dritten Fettverteiler;

Fig. 4: eine teilweise Schnittansicht des Fettverteilers aus Fig. 3;

Fig. 5: einen geschnittenen Aufriß entlang der Linie I-I in Fig. 3; und

Fig. 6: eine Seiten-Teilansicht des Fettverteilers aus Fig. 3.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Eine Radlagereinheit 1 mit Fettaustritt beinhaltet eine Dichtung 3 mit Fettaustritt und einen Fettverteiler 5. Der Fettverteiler 5 besteht aus einem Ringkranz 7 zur Befestigung an der Welle bzw. dem Schaftteil 9 der Rotornabe 11 und wenigstens einer von dem Ringkranz 7 abstehenden Fettverteilerschaufel 13, die von dem Ringkranz radial nach außen zum Gehäuse 15 der Einheit hin ragt, wobei ein Teil 17 des Bereiches zwischen dem Ringkranz 7 und dem Gehäuse 15 nicht von einer Schaufel 13 abgedeckt ist, wobei die Anordnung derart ist, daß die Drehung der Schaufel 13 bewirkt, daß aus dem Lagerdichtring 3 ausgetretenes Fett gleichmäßig um den Umfang des Dichtringes verteilt wird, ohne dabei zu verhindern, daß das Fett in Berührung mit der Rotornabe 11 gelangt.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Einheit weist der Fettverteiler 5 vier Schaufeln 13 auf. Nur zwei der Schaufeln sind in der Zeichnung sichtbar, wobei jeder der dargestellten Schaufeln eine zugehörige, diametral entgegengesetzte Schaufel entspricht, die aber hier nicht dargestellt ist. Die Gestalt der Schaufeln ist bei allen dieselbe und ist hier deutlich erkennbar.

Jede Schaufel 13 hat einen konstanten Querschnitt und ist um eine diametrale Ebene 19 der Welle symmetrisch. Die Schaufel liegt in Form eines flachen umgekehrten V vor, so daß ihre Stirnseite 22 in einem Winkel zur Ebene des Sicherungsringes 27 liegt. Die Vorderkante ist somit zum Lager 21 hin schräg angestellt. Die Schaufel arbeitet unabhängig von der Drehrichtung des Ringkranzes gleichermaßen wirkungsvoll und kann als aus zwei Hälften 23 bestehend angesehen werden, wovon immer nur eine gleichzeitig arbeitet.

Die Kante der Schaufel liegt eng an der Oberfläche des Sicherungsringes 27. Der Abstand liegt dabei zwischen 0,5 mm und 1,0 mm. Die Radialkante 29 der Schaufel ist etwa 1 mm von der Gehäusewand beabstandet, so daß die Schaufel den Sicherungsring überlappt und dennoch genug Spielraum zwischen den drehenden Teilen und dem Gehäuse läßt.

Im Betrieb tritt aus dem Lagerdichtring 3 zwischen den Teilen des Lagers 21 Fett aus, und dieser Fettaustritt kann insbesondere im Bereich der Bohrungen des Sicherungsringes 27 ungleichmäßig sein. Um einen Anstau von Fett hinter der Rückseite 31 der Rotornabe im Ringraum 33 zu vermeiden, schaben die Schaufeln 13 des Fettverteilers 5 das Fett im Bereich der Bohrungen des Sicherungsringes ab und verteilen es um die Gehäusewand 15. Dieses Fett reicht bis zum Rand der Rotornabe 11.

Auf diese Weise befindet sich Fett im Bereich des Umfangsrandes der Rotornabe 11 und verhindert somit das Eindringen von Wasser und Schmutz über diesen Weg, ohne jedoch Fett im Raum 33 anzustauen. Auf diese Weise wird die Lebensdauer des Dichtringes 3 erhöht.

Fig. 2 veranschaulicht ein zweites Beispiel eines Fettverteilers 35, der zwei Schaufeln 37 aufweist. Jede Schaufel ist in ihrem Querschnitt nicht konstant, wobei sich die Schaufel von einer mittigen Diametralebene 39 zu beiden Kanten 41 hin verjüngt.

Die Fig. 3 bis 6 veranschaulichen ein drittes Beispiel eines Fettverteilers 43; der einen im wesentlichen ringförmigen Ringkranz 45 mit zwei diametral gegenüberliegenden Fettverteilerschaufeln 47 beinhaltet, die radial nach außen vom Ringkranz 45 abstehen.

Zwar ist der Ringkranz 45 im wesentlichen ringförmig, er beinhaltet jedoch drei gleichmäßig von einander beabstandete ausgeschnittene Vorsprünge 49, welche federnde Finger bilden. Der Ringkranz 45 hat drei Sätze paralleler Schlitze 51, wie sie in Fig. 5 dargestellt sind, die zwischen sich je einen Bereich 49 bilden, der nach innen in den Ring abgebogen ist, d. h. in Richtung auf die Welle bzw. den Schaftteil, auf die/den der Ringkranz montiert werden soll.

Der Ringkranz besteht aus glasfaserverstärktem Nylon, das bersten würde, wenn der Ringkranz zu stramm auf eine Welle aufgezogen würde, die sich dann ausdehnen würde. Durch die Montage des Ringkranzes so, daß ein gewisses Spiel zwischen der inneren Ringfläche 53 und der Oberfläche der Welle gewahrt wird, auf die der Kranz montiert werden soll, bricht der Ringkranz nicht, da die federnden Finger an der Welle anliegen und den Ringkranz fest in seiner Position auf der Welle halten, so daß sich die Welle zusammen mit dem Ringkranz dreht.

Die Schaufel 47 ist um eine diametrale Ebene 55 symmetrisch und verjüngt sich von ihrer Mitte aus zu ihren beiden Außenkanten 57 hin. Die Stirnseite 58 der Schaufel liegt in einem Winkel von 30º zur Ebene 59, die den oberen Rand des Ringkranzes bildet, der wiederum parallel zur Oberfläche des (nicht dargestellten) Sicherungsringes liegt, über den die Schaufel streicht. Die Innenseite 61 der Schaufel liegt in einem Winkel von etwa 20º zur Stirnseite 58. Die Form der Schaufel bietet so eine optimale Verteilerfläche für den Verteiler.


Anspruch[de]

1. Lagereinheit (1) aus einem eine Welle (9) drehbar in einem Gehäuse (15) lagernden Lager (21) und einer zwischen der Welle (9) und dem Gehäuse (15) angeordneten Lagerdichtung (3) mit Fettaustritt,

dadurch gekennzeichnet, daß auf der Seite der Lagerdichtung (3), auf der im Betrieb Fettaustritt, ein Fettverteiler (5) vorgesehen ist, wobei der Fettverteiler (5) einen Ringkranz (7) beinhaltet, der auf der Welle (9) angebracht ist und wenigstens eine Fettverteilerschaufel bzw. lamelle (13) aufweist, die sich von nur einem Teil des Umfanges des Ringkranzes (7) aus radial nach außen in Richtung auf das Gehäuse (15) erstreckt,

dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnseite der Fettverteilerschaufel oder -lamelle (13) in bezug auf eine Ebene senkrecht zur Drehachse des Lagers schräg angestellt ist, so daß die Drehung des Ringkranzes (7) und der Schaufel oder Lamelle (13) im Betrieb dazu dient, das aus der Lagerdichtung (3) ausgetretene Fett gleichmäßig um den Umfang der Dichtung (3) zu verteilen, so daß die Abdichtung zwischen der Welle (9) und dem Gehäuse (15) verbessert wird.

2. Lagereinheit nach Anspruch 1, worin die Verteilerschaufel (13) die Form eines flachen umgekehrten V hat, bei dem die Stirn- und Rückseiten der V-förmigen Schaufel in bezug auf eine zur Drehachse des Lagers (21) senkrechte Ebene jeweils schräg angestellt sind.

3. Lagereinheit nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin die Stirnseite der Schaufel (13) in einem Winkel von im wesentlichen 30º zu der zur Drehachse des Lagers senkrechten Ebene liegt.

4. Lagereinheit nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, in welcher jede Fettverteilerschaufel (13) spitz zuläuft, wobei die dünnere Kante die Vorderkante ist.

5. Lagereinheit nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, worin jede Fettverteilerschaufel (13) symmetrisch um eine Ebene ausgebildet ist, die die Drehachse der Welle enthält.

6. Lagereinheit nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, in welcher der Ringkranz (7) des Fettverteilers (5) zylindrisch ist, mit einem Durchmesser, der geringfügig größer als der Durchmesser der Welle (9) ist.

7. Lagereinheit nach Anspruch 2, in welcher der Ringkranz (7) des Fettverteilers (5) einen Durchmesser hat, der größer als der ausgedehnte Durchmesser der Welle (9) ist, und der Ringkranz (7) federnde Mittel zum Angreifen an der Welle (9) beinhaltet.

8. Lagereinheit nach Anspruch 7, in welcher die federnden Mittel wenigstens einen federnden Finger beinhalten, der zur Welle (9) hin vorsteht.

9. Lagereinheit nach Anspruch 7 oder 8, in welcher der Ringkranz (7) einteilig mit diesem ausgebildete Vorsprünge aufweist, die nach innen zur Welle (9) hin gebogen sind.

10. Lagereinheit nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, in welcher die Schaufel (13) einen Bereich abdeckt, der weniger als die Hälfte der Fläche des Spaltes zwischen dem Ringkranz (7) und dem Gehäuse (15) beträgt.

11. Lagereinheit nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, worin der Fettverteiler (5) eine gerade Zahl von Schaufeln (13) in einem oder mehreren Paar(en) diametral gegenüberliegend angeordneter Schaufeln aufweist.

12. Lagereinheit nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, worin die Fett ausschwitzende Dichtung (3) mittels eines Sicherungsringes (27) im Gehäuse (15) gehalten wird, der wenigstens eine Bohrung aufweist, und worin jede Schaufel (13) des Fettverteilers (5) bis in eine Position reicht, in der sie die Bohrung(en) des Sicherungsringes (27) überlappt.

13. Lagereinheit nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, in welcher die Lagereinheit eine Radlagereinheit in einem Fahrzeug ist, und worin die Welle der Schaftteil einer Rotornabe ist.

14. Lagereinheit nach Anspruch 13, sofern dieser von Anspruch 2 abhängt, mit der Fähigkeit, durch die V-förmige Ausbildung der Verteilerschaufel an allen vier Rädern des Kraftfahrzeuges eingesetzt werden zu können.







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