УПЛОТНИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ПОДШИПНИКА КАЧЕНИЯ
SEALING SYSTEM FOR ROILING BEARING

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к уплотнительной системе для подшипника качения, в частности подшипника колеса, между первым и вторым элементом подшипника, причем оба элемента подшипника могут вращаться относительно друг друга и в отношении общей оси вращения и образуют как осевое промежуточное пространство, так и радиальное промежуточное пространство, причем система уплотнения включает следующее:
- установочный элемент с преимущественно имеющей вид полого цилиндра крепежной деталью для крепления и кольцеобразной опорной деталью для позиционирования установочного элемента установки на втором элементе подшипника,
- закрепляемое на первом элементе подшипника несущее приспособление с эластичным элементом, образующим первую осевую уплотнительную кромку и/или радиальную уплотнительную кромку, фаску.
Уровень техники
Уплотнительные системы с истирающимися уплотнительными контактами осевых и радиальных уплотнительных кромок традиционно применяются для уплотнения подшипника качения, причем оба подлежащие уплотнению элементы подшипника могут располагаться напротив как радиально, так и по оси. Подобная ситуация возникает во многих местах при машиностроении, например в металлообрабатывающих станках, валах и также в подшипниках колес легковых автомобилей или грузовых автомобилей.
В JP 2003-56577 речь идет о подшипнике колеса, в котором наружное кольцо, в качестве первого элемента подшипника, должна уплотняться по отношению к фланцу колеса. Для этого предусмотрен установочный лист, который как по оси, так и радиально прилегает к ступице колеса, соответственно фланцу колеса и на истирающемся уплотнительном контакте предусмотрены осевая уплотнительная кромка и радиальная уплотнительная кромка, причем уплотнительные кромки располагаются на несущем приспособлении, которое закреплено на радиальной внутренней стороне наружного кольца.
Уплотнительная система уровня техники имеет недостаток в том отношении, что имеется возможность воздействия окружающей среды извне непосредственно на уплотнительную кромку, причем материал уплотнительной кромки, большей частью эластомер, очень быстро изнашивается. Если, например, попадает постороннее тело, как-то песок или вода, то возникает эффект шлифования, который изнашивает уплотнительную кромку, в сопряженной поверхности создает канавки и с этим уменьшает предварительное натяжение уплотнительной кромки.
Раскрытие изобретение
Задачей изобретения является предложение экономичного решения, которое должно повысить срок службы и эффективность уплотнения уплотнительной системы, базирующейся на уплотнительных кромках, без потери известных свойств существующих уплотнительных систем.
Задача решается в уплотнительной системе тем, что предусмотрен установочный элемент, для образования с радиально простирающимся элементом второго элемента подшипника первой улавливающей канавки, причем концевая деталь установочного элемента ограничивает отчасти отверстие, выходящее в первую улавливающую канавку.
Отверстие выходит в первую улавливающую канавку, чтобы обеспечить, что ни при центробежном процессе заноса, ни при отекании воды, никакие посторонние частицы или сама вода не попадали в уплотнительную систему. Из этих соображений отверстие в основном ориентировано в осевом направлении и расположено напротив второго элемента подшипника, как, например, фланца колеса, а также по оси. Устье отверстия радиально удалено от донной части удавливающей канавки настолько далеко, что вода и частицы грязи могут сбираться в улавливающей канавке и отводиться в направлении периметра.
Отверстие является началом лабиринтного уплотнения, которое выполнено в виде предварительного уплотнения, и лабиринтное уплотнение защищает последующие уплотнительные кромки от влияния окружающей среды. При этом лабиринтное уплотнение простирается от отверстия до первого изнашивающегося уплотнительного контакта и образуется различными составными частями уплотнительной системы, среди прочего, установочным элементом.
Оба вращающиеся относительно друг друга элемента подшипника могут быть, например, неподвижным наружным кольцом и вращающейся лежащей внутри ступицей колеса, или наружным кольцом, предусмотренным в виде ступицы колеса, которое установлено на осевой шейке. В обоих случаях между элементами подшипника образуются радиальное и осевое промежуточное пространство.
Преимущественно установочный элемент имеет имеющую форму полого цилиндра крепежную деталь для крепления и кольцеобразную опорную деталь для позиционирования установочного элемента на втором элементе подшипника. Таким образом, установочный элемент может монтироваться легче благодаря тому, что он, именно, с имеющей форму полого цилиндра крепежной деталью надевается на второй элемент подшипника, пока он не упрется в радиально распространяющийся элемент второго элемента подшипника. Крепежная деталь должна крепиться с прессовой посадкой, чтобы осевое положение позже не изменялось. Это было вредно в этом отношении, так как опорная деталь не имела бы больше контакта со вторым элементом подшипника и таким образом было бы возможно продвижение вперед загрязняющих частиц до крепежной детали. Коррозия под крепежной деталью установочного элемента стала бы таким образом более вероятной.
Закрепляемое на первом элементе подшипника несущее приспособление имеет эластичный элемент, образующий первую осевую уплотнительную кромку и/или радиальную уплотнительную кромку. Радиальная и/или, по меньшей мере, осевая уплотнительная кромка прилегают к установочному элементу и образуют там соответственно изнашивающийся уплотняющий контакт. Предпочтительным образом установочный элемент может при этом состоять из материала, который также в уплотняющем контакте является стойким материалом, как, например, нержавеющие материалы, в качестве альтернативы вместо радиальной уплотнительной кромки могут быть предусмотрены две осевые.
Первая улавливающая канавка образуется простирающимся радиально элементом второго элемента подшипника и лежащим радиально снаружи элементом установочного элемента. Для этого лежащий снаружи элемент может иметь цилиндрический участок и присоединяющуюся к нему концевую деталь, причем концевая деталь должна простираться в основном радиально, чтобы никакая вода не проникала в отверстие, ограниченное концевой деталью.
Предпочтительным образом образует, по меньшей мере, частичная деталь установочного элемента, образующая первую улавливающую канавку, лабиринтное уплотнение. Лежащая снаружи концевая деталь установочного элемента является такой частичной деталью, однако, она не должна оставаться единственной. При этом с помощью установочного элемента осуществляется дающая экономию материала двойная функция.
В предпочтительной форме осуществления крепежная деталь установочного элемента соединена с помощью преимущественно конусно образованной соединительной детали с опорной деталью установочного элемента. Соединительная деталь при этом может иметь различные формы, которые при случае являются предпочтительными. Во всяком случае установка соединительной детали не является предпочтительной, так как нужно было бы точно копировать форму второго элемента подшипника в плане ее кривизны. В этом случае коническая форма является ведущей к цели. Если должно быть получено больше пространства для уплотнительной системы, где-то для другой поверхности прилегания уплотнительной кромки, то предлагается скругленная форма соединительной детали. Чтобы повысить уплотнение установочного элемента по отношению ко второму элементу подшипника, промежуточное пространство между соединительной деталью и вторым элементом подшипника может быть заполнено герметизирующим составом, чтобы предотвратить попадание влаги в этом месте в подшипник качения.
В предпочтительной форме осуществления установочный элемент предусмотрен для радиального охвата первого элемента подшипника, причем первый элемент подшипника отчасти образует лабиринтное уплотнение. Таким образом, первый элемент подшипника принимает на себя точно также долю в уплотнении, с чем может экономиться материал. Кроме того, эта форма осуществления в подшипниках качения предпочтительна с особенно небольшим осевым промежуточным пространством.
В предпочтительной форме осуществления закрепляемый на первом элементе подшипника защитный элемент образует вместе с концевой деталью установочного элемента отверстие. Идеальным образом отверстие по своим радиальным размерам так мало, как возможно, чтобы предотвратить попадание воды и грязи. При этом предпочтительна кольцевая форма отверстия, например, в форме кольцевой щели, так как она требует самых низких затрат на изготовление.
В предпочтительной форме осуществления отверстие частично ограничено продолжением эластичного элемента и в другой части концевой деталью установочного элемента, которые обе вместе образуют отверстие. Отсюда получается преимущество за счет сокращения конструктивных элементов. Подобно кассетным уплотнениям может реализоваться состоящая из двух элементов уплотнительная система с установочным элементом и уплотнением, так как защитный лист не нужен на наружной стороне первого элемента подшипника, чтобы образовать отверстие, соответственно лабиринт. Вместо этого эластичный элемент, как например, эластомер, берет на себя эту функцию.
В предпочтительной форме осуществления на эластичном элементе отформовано уплотнительное кольцо. При этом уплотнительное кольцо образует не изнашивающееся уплотнение крепежной детали несущего приспособления. В самом простом случае уплотнительное кольцо могло бы быть выполнено в виде резинового кольца круглого сечения. Резиновое кольцо круглого сечения при этом может быть выполнено в виде отдельного элемента или прочно с помощью материала соединено с эластичным элементом.
Уплотнительное кольцо в эластичном элементе образует так называемое статическое уплотнение, так как крепежная деталь несущего приспособления и первый элемент подшипника не вращаются относительно друг друга. Это не исключает, что уплотнительное кольцо может вращаться вместе с первым элементом подшипника и крепежной деталью, как это, в частности, представлено случаем применения в грузовых автомобилях, а также в легковых автомобилях, при котором первый элемент подшипника образуется вращающимся наружным кольцом ступицы колеса.
В предпочтительной форме осуществления эластичный элемент вместе с, по меньшей мере, частичной деталью установочного элемента, образующей первую улавливающую канавку, образует, по меньшей мере, отчасти лабиринтное уплотнение. Лабиринтное уплотнение является щелевым уплотнением, в то время как уплотняемая щель неоднократно изменяет собственное направление хода. Другими словами, лабиринтное уплотнение состоит из нескольких щелей, которые хотя и соединены друг с другом, однако ориентированы в различных направлениях. Форма эластичного элемента и формы установочного элемента по виду согласуются друг с другом, так что лабиринтное уплотнение образуется при случае различными перехватывающими элементами, как, например, улавливающей канавкой.
Предпочтительным образом эластичный элемент образует расположенную радиально внутри по отношению к первой улавливающей канавке вторую улавливающую канавку. При этом предпочтительно, что грязь или вода, попавшая в лабиринтное уплотнение, может перехватываться во второй улавливающей канавке и одновременно благодаря объемному отводу в улавливающей канавке лабиринтного уплотнения через кольцеобразную щель, расположенную перед второй улавливающей канавкой, и через расположенное следом отверстие могут снова выходить из лабиринтного уплотнения. Предпочтительным является также факт, что установочный элемент, который частично образует первую улавливающую канавку, равным образом частично образует также упомянутую кольцеобразную щель и при случае радиально защищает вторую улавливающую канавку.
Предпочтительным образом продолжение частично радиально защищает вторую улавливающую канавку. Продолжение образовано в основном в осевом направлении, так что обеспечена радиальная защита кольцеобразной щели или второй улавливающей канавки. Точно также предпочтительно, если продолжение также частично или полностью радиально защищает концевую деталь 34. При этом обеспечено, что отверстие в основном ориентировано по оси.
Предпочтительным образом продолжение имеет конусную или подобно сформированную внутреннюю поверхность на расположенном радиально снаружи конце кольцеобразной щели, чтобы проникшая вода могла легко снова выйти из лабиринтного уплотнения.
При случае продолжение может образовывать также лежащий радиально дальше всех снаружи элемент уплотнительной системы, чтобы вода на этом продолжении могла стекать по каплям вниз, соответственно вода, падающая сверху на уплотнительную систему, может удерживаться первой улавливающей канавкой.
Другие предпочтительные варианты исполнения и преимущественные варианты усовершенствования изобретения могут заимствоваться из описания чертежей и/или зависимых пунктов.
Краткое описание чертежей
Ниже изобретение более подробно описывается и поясняется с помощью примеров осуществления, представленных на чертежах, на которых показано:
на фиг.1 - состоящая из трех элементов уплотнительная система с защитным элементом; и
на фиг.2 - состоящая из двух элементов уплотнительная система с многофункциональным эластичным элементом.
Осуществление изобретения
Фиг.1 показывает состоящую из трех элементов уплотнительную систему с защитным элементом 10. Уплотнительная система имеет свободное от трения предварительное уплотнение, которое выполнено в виде лабиринтного уплотнения и образуется установочным элементом 14, первым элементом 30 подшипника и защитным элементом 10. При этом защитный элемент 10 выполнен в виде листа, обработанного давлением в холодном состоянии, причем на конце имеющего форму полого цилиндра участка 52 расположено кольцеобразное отверстие 50, которое выходит в первую улавливающую канавку установочного элемента 14. В качестве альтернативы защитный элемент 10 может состоять также из синтетического материала или может быть изготовлен в виде точеной детали. Защитный элемент 10 имеет дальше крепежную деталь 47, которая с помощью прессовой посадки закреплена на наружной поверхности первого элемента 30 подшипника, выполненного в виде наружного кольца.
Наружное кольцо образует, по меньшей мере, элемент ступицы колеса 30, с чем защитный элемент 10 становится своего рода отбрасывающим под действием центробежной силы листом, от которого во время вращения вода радиально отходит и держится на расстоянии от отверстия 50. Вода и частицы грязи, которые попадают в фиксированную первую улавливающую канавку 12, переправляются дальше в направлении периметра и под действием силы тяжести капают в вертикальном направлении в направлении поверхности дороги.
Далее первая улавливающая канавка 12 защищает осевое промежуточное пространство 61, которое в сравнении с существующими уплотнительными системами благодаря предварительному уплотнению стало менее доступным для воды и грязи.
В осевом промежуточном пространстве 61 находится также, по меньшей мере, элемент опорной детали 41, которая водонепроницаемо закрыта вторым элементом 31 подшипника. Второй элемент 31 подшипника в этом примере осуществления образован в виде фиксированной осевой цапфы.
Коническая соединительная деталь 18 соединяет опорную деталь 41 с имеющей форму полого цилиндра крепежной деталью 40, которая с помощью прессовой посадки, в частности, зафиксирована в своей осевой позиции, чтобы не подвергать опасности водонепроницаемую установку опорной детали 41. Далее соединительная деталь 18 образует вместе с осевыми уплотнительными кромками 16, 17 два изнашивающихся уплотнительных контакта, которые защищают рабочее пространство подшипника колеса. Все уплотнительные кромки 16, 17, 19 образуются в эластичном элементе 13 и в зависимости от подлежащего достижению уплотнительного эффекта могут применяться соответственно одни или во всякой произвольной комбинации друг с другом. Чем меньше применяется уплотнительных кромок, тем меньше коэффициент трения уплотнительной системы.
Несущее приспособление 45 с помощью анкерного закрепления 48 эластичного элемента 13 закреплено во внутренней канавке первого элемента 30 подшипника. В качестве альтернативы само несущее приспособление 45 с помощью цилиндрической прессовой посадки может быть закреплено на внутренней поверхности первого элемента 30 подшипника. Несущее приспособление 45 и эластичный элемент 13 вместе образуют уплотнительное кольцо 11, которое простым способом может запрессовываться на первом элементе 30 подшипника. Наружный радиус анкерного закрепления 46 хотя и больше, чем внутренний радиус первого элемента 30 подшипника, однако запрессовка возможна без затруднений благодаря эластичному свойству анкерного закрепления 46.
Лежащая радиально осевая уплотнительная кромка 16 образует первую улавливающую канавку 15. Вода и частицы грязи могут выходить из первой улавливающей канавки 15 также снова благодаря силе тяжести. Это может поддерживаться с помощью того, что имеющие форму полого цилиндра участки 52 защитного элемента 10 и установочного элемента 14 на внутренней стороне, по меньшей мере, в незначительной степени образовываются конусно, с чем возможен более простой отток.
Фиг.2 показывает состоящую из двух элементов уплотнительную систему с многофункциональным эластичным элементом 23. Эластичный элемент 23 берет на себя функцию защитного элемента 10 на фиг.1. Из этих соображений несущее приспособление 39 эластичного элемента 23 с помощью прессовой посадки закреплено на наружной поверхности первого элемента 32 подшипника. Чтобы предотвратить коррозию под крепежной деталью 48 несущего приспособления 39, с помощью сформированного не изнашивающегося уплотнения 25 образуется так называемое статическое уплотнение благодаря тому, что оно имеет в основном кольцеобразную форму и радиально или хорошо подогнано к наружной канавке первого элемента 32 подшипника.
Если уплотнительная система должна применяться в грузовых автомобилях, то первый элемент 32 подшипника соответствует фиксированному наружному кольцу, с чем не изнашивающееся уплотнение 25 является также фиксированным уплотнением. При этом второй элемент 31 подшипника представляет ступицу колеса с простирающимся в радиальном направлении элементом, который образуется фланцем колеса.
Защитный элемент 24 одинаковым способом закреплен на втором элементе 31 подшипника, как и элемент 41 подшипника на фиг.1, причем, правда, защитный элемент 24 предусмотрен для вращения во время работы. Таким образом концевой детали 34 предназначается функция отбрасывателя за счет центробежной силы, причем этот центробежный эффект дает то, что грязь и вода не могут проникнуть в отверстие 51. Предпочтительным образом концевая деталь 34 для этого образует острую кромку, которая при случае благодаря небольшому наклону перемещается на концевой детали 34.
Благодаря тому, что отверстие 51 по оси ориентировано в направлении фланца колеса, предпочтительно может предотвращаться, что текущая в радиальном направлении вода попадает в лабиринтное уплотнение. Предпочтительным образом продолжение 26 сформировано так, что оно имеет больший наружный радиус уплотнительной системы, при этом грязная вода на нем может капать вниз. Далее оно защищает также кольцеобразную щель, которая выходит во вторую улавливающую канавку 27. Кольцевая форма щели обеспечивает, что проникшая грязь, соответственно вода, может снова выходить из лабиринтного уплотнения без затруднений через отверстие 51. Вторая улавливающая канавка 27 может образовываться не соприкасающейся осевой уплотнительной кромкой, конец которой в радиальном направлении направлен наружу и вместе с радиально лежащей внутри донной частью первой улавливающей канавки 22 образует другой уплотнительный элемент лабиринтного уплотнения в форме второго кольцеобразного сквозного отверстия.
Чтобы эластичный элемент 23 мог принимать на себя много функций, он простирается от осевого конца крепежного элемента 48 до радиально лежащего внутри конца несущего приспособления 39, причем она защищает несущее приспособление 39 радиально наружу и расположено по оси между установочным элементом 43 и несущим приспособлением 39. В качестве альтернативы соответствующие функции могут также осуществляться отдельно устанавливаемыми эластичными элементами, однако, это ведет к слишком большим затратам на изготовление.
Уплотнительная система имеет осевую уплотнительную кромку 29 и радиальную уплотнительную кромку 36, которые вместе с установочным элементом 24, или соответственно с соединительной деталью 38 и крепежной деталью 37 образуют изнашивающийся уплотняющий контакт.
Уплотнительная система на фиг.2 находится вне радиального промежуточного пространства 60, которое закрепляется первым элементом 32 подшипника и вторым элементом 31 подшипника. Предпочтительным образом на первом элементе 32 подшипника должны выполняться некоторые мероприятия, которые позволяют применение уплотнительной системы. К ним относится предпочтительно только наружная канавка для не изнашивающегося уплотнения 25, но не необязательно. Кроме того, вследствие наличия двух элементов появляются преимущества при установке уплотнительной системы, так как отдельный защитный элемент отпадает.
Уплотнительное кольцо 21, которое включает эластичный элемент 23 и несущее приспособление 39, наряду с обычными функциями уплотнения берет на себя задачу, по меньшей мере, частичного образования предварительного уплотнения в форме лабиринтного уплотнения, а также осуществления наружного статического уплотнения по отношению к первому элементу 32 подшипника. Также установочный элемент 24, который точно как и несущее приспособление 39 предпочтительным способом изготовлен из листа, берет на себя другие функции для уплотнения сверх уже известных функций установочного листа с помощью того, что он образует первую улавливающую канавку в осевом промежуточном пространстве 61.
Примеры осуществления на обеих фигурах могут применяться как для вращающегося первого элемента 30, 32 подшипника, так и для фиксированного первого элемента 30, 32 подшипника, то есть предложенные в соответствие с изобретением уплотнительные системы могут равным образом применяться в подшипниках колес для грузовых автомобилей, как также и легковых автомобилей, независимо от того выполнен ли соответствующий подшипник колеса для наружного вращения или внутреннего вращения.
Обобщая, изобретение относится к уплотнительной системе для уплотнения подшипника качения, в частности подшипника колеса, между первым и вторым элементами подшипника, причем оба элемента подшипника могут вращаться относительно друг друга и образуют как осевое промежуточное пространство, так и радиальное промежуточное пространство по отношению к общей оси вращения, причем уплотнительная система включает следующее: установочный элемент с преимущественно имеющей форму полого цилиндра крепежной деталью для крепления и с кольцеобразной опорной деталью для позиционирования установочного элемента на втором элементе подшипника, и закрепляемое на первом элементе подшипника несущее приспособление с эластичным элементом, образующим первую осевую уплотнительную кромку и/или радиальную уплотнительную кромку. Предложенное в соответствие с изобретением техническое решение показывает, как экономично могут быть повышены срок службы и эффективность уплотнения. Предлагается, что установочный элемент с радиально простирающимся элементом второго элемента подшипника образует первую улавливающую канавку, причем концевая деталь установочного элемента ограничивает отчасти отверстие, выходящее в первую улавливающую канавку. Таким образом, возможно создание лабиринтного уплотнения в качестве предварительного уплотнения, которое без дополнительных потерь на трение вносит свой вклад в уплотнение.
Перечень позиций
10 Защитный элемент
11 Уплотнительное кольцо
12 Первая улавливающая канавка
13 Эластичный элемент
14 Установочный элемент
15 Вторая улавливающая канавка
16 Осевая уплотнительная кромка
17 Осевая уплотнительная кромка
18 Соединительная деталь
19 Радиальная уплотнительная кромка
21 Уплотнительное кольцо
22 Первая улавливающая канавка
23 Эластичный элемент
24 Защитный элемент
25 Не изнашивающееся уплотнение
26 Продолжение
27 Вторая улавливающая канавка
28 Радиальная концевая деталь
29 Осевая уплотнительная кромка
30 Первый элемент подшипника
31 Второй элемент подшипника
32 Первый элемент подшипника
34 Концевая деталь
35 Кольцеобразная промежуточная деталь
36 Радиальная уплотнительная кромка
37 Крепежная деталь
38 Соединительная деталь
39 Несущее приспособление
40 Крепежная деталь
41 Опорная деталь
43 Установочная деталь
44 Концевая деталь
45 Несущее приспособление
46 Анкерное закрепление
47 Крепежная деталь
48 Крепежная деталь
50 Отверстие
51 Отверстие
52 Участок в форме полого цилиндра
60 Радиальное промежуточное пространство
61 Осевое промежуточное пространство