Abgedichtetes Wälzlager

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein abgedichtetes Wälzlager nach den oberbegriffsbildenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 , und sie insbesondere vorteilhaft an Radial-Rillenkugellagern anwendbar, die in einem Tretlager für ein Fahrrad mit elektromotorischem Unterstützungsantrieb verwendet werden.

Hintergrund der Erfindung

Es ist allgemein bekannt, dass Tretlager diejenigen Lager an einem Fahrrad sind, in denen die an ihren Enden mit den Tretkurbeln verbundene Tretlagerwelle gelagert ist. Solche Tretlager bestehen in den meisten Fällen aus mindestens zwei Wälzlagern, welche die Tretlagerwelle an beiden Seiten des Tretlagergehäuses stützen. Bei modernen Fahrrädern werden die Wälzlager des Tretlagers durch auswechselbare Lagereinheiten gebildet, die am häufigsten aus beidseitig abgedichteten Radial-Rillenkugellagern aufgrund ihres geringen Reibwiderstandes bestehen.

Ein solches abgedichtetes Rillenkugellager ist beispielweise durch die Druckschrift DE 10 2005 029 936 A1 vorbekannt. Dieses Rillenkugellager besteht in bekannter Weise aus einem inneren Lagerring mit einer an dessen äußerer Mantelfläche angeordneten Laufbahn, einem äußeren Lagerring mit einer an dessen innerer Mantelfläche angeordneten Laufbahn sowie aus einer Vielzahl zwischen den Lagerringen auf den Laufbahnen abrollender Wälzkörper, die durch einen Käfig in gleichmäßigen Abständen zueinander gehalten werden. Zusätzlich sind axial beidseitig neben der Laufbahn im äußeren Lagerring zwei um laufende Ringnuten in die innere Mantelfläche des äußeren Lagerrings eingearbeitet, in denen zwei, jeweils aus einer kreisringförmigen Armierung und einer Elastomerummantelung bestehende Dichtungen mit ihrem Außendurchmesser befestigt sind. An ihrem zum inneren Lagerring weisenden Teil weisen die Dichtungen ein elastisches Trägerteil auf, von dem jeweils zwei Dichtlippen ausgehen, die mit einem im inneren Lagerring angeordneten Freistich Zusammenwirken, wobei der Freistich derart unsymmetrisch gestaltet ist, dass eine an die Laufbahn sich anschließende erste Schulter und eine außenliegende zweite Schulter gebildet sind, die sich in ihrem Durchmesser unterscheiden. Dabei liegt an einer inneren Wandung des Freistiches eine axial nach innen gerichtete erste Dichtlippe schleifend an, während eine zweite axial nach außen gerichtete Dichtlippe mit der außenliegenden Schulter eine erste Spaltdichtung bildet. Radial beab- standet von den ersten beiden Dichtlippen ist darüber hinaus eine dritte nach innen gerichtete Dichtlippe angeordnet, die mit der ersten Schulter eine zweite Spaltdichtung bildet.

In der Praxis hat es sich jedoch gezeigt, dass insbesondere beim Reinigen eines Fahrrades mit einem Hochdruckreiniger die Performance der für die Rillenkugellager des Tretlagers verwendeten Dichtungen nicht ausreicht, um ein Eindringen von Schmutzwasser in die Wälzlager sicher zu verhindern. Durch den scharfen Wasserstrahl des Hochdruckreinigers kam es zum Eintritt von Wasser durch die erste Spaltdichtung hindurch, welches im Lagerbetrieb durch das Abheben der ersten Dichtlippe von der inneren Wandung des Freistichs am inneren Lagerring in das Lagerinnere vordrang und durch Oxidation mit Lagerbauteilen lebensdauerverringernde Lagerschäden verursachte.

Eine demgegenüber verbesserte Dichtungsperformance weisen die Dichtungen des in der US 5037213 A offenbarten Rillenkugellagers auf. Auch dieses Rillenkugellager besteht aus einem inneren Lagerring mit einer Außenlaufbahn, einem äußeren Lagerring mit einer Innenlaufbahn sowie aus einer Vielzahl zwischen den Lagerringen abrollender Wälzkörper, die durch einen Käfig in gleichmäßigen Abständen zueinander gehalten werden. Ebenso sind axial beidseitig neben der Laufbahn im äußeren Lagerring zwei umlaufende Ringnuten in die innere Mantelfläche des äußeren Lagerrings eingearbeitet, in denen zwei, jeweils aus einer kreisringförmigen Armierung und einer Elastomerummantelung bestehende Dichtungen mit ihrem Außendurchmesser befestigt sind. An ihrem Innenumfang weisen die Dichtungen dabei jeweils eine erste, an Axialflächen zweier neben der Laufbahn im inneren Lagerung angeordneter Freistiche anliegende Radialdichtlippe, jeweils eine zweite, an Radialflächen der Freistiche im inneren Lagerung anliegende Axialdichtlippe sowie jeweils eine dritte, zusammen mit den Freistichen im inneren Lagerung einen Dichtspalt bildende Dichtlippe auf.

Nachteilig bei den hier verwendeten Dichtungen ist jedoch, dass die drei Dichtlippen an einer einzigen Hauptdichtlippe positioniert sind und sich dadurch gegenseitig beeinflussen. Im statischen und dynamischen Zustand der Dichtungen kommt es dadurch zu Unstetigkeiten in den Kontakten der ersten und zweiten Dichtlippen und in der Spaltgeometrie der dritten Dichtlippe, die zum Eindringen von Schmutzwasser in das Innere der Rillenkugellager mit den genannten unerwünschten Folgen führen können.

Aufgabe der Erfindung

Ausgehend von den dargelegten Nachteilen der Lösungen des bekannten Standes der Technik liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe zu Grunde, ein abgedichtetes Wälzlager zu konzipieren, dessen Dichtungen bei unverändertem Bauraum gegenüber einem Standardlager eine verbesserte Dichtungsperformance aufweisen und einen Schmutzwassereintritt in das Lagerinnere sicher verhindern.

Beschreibung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem abgedichteten Wälzlager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart gelöst, dass die Radialdichtlippen und die Axialdichtlippen beider Dichtungen im Profilquerschnitt im Wesentlichen radial ausgerichtet und axial voneinander beabstandet an die Enden von jeweils den Innendurchmesserbereich ihrer Armierungen umschließenden axialen Anbindungen der Elastomerummantelungen angeformt sind, wobei die radiale Stärke jeder axialen Anbindung kleiner als die axiale Breite jeder Radialdichtlippe und jeder Axialdichtlippe ist. Bevorzugte Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäß ausgebildeten abgedichteten Wälzlagers werden in den Unteransprüchen 2 bis 6 beschrieben.

Danach ist es gemäß Anspruch 2 bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten abgedichteten Wälzlager vorgesehen, dass die Radialdichtlippen der Dichtungen einen rechteckigen Profilquerschnitt aufweisen und im Einbauzustand unter Bildung lagereinwärts gerichteter mittiger Krümmungen mit einer inneren Profilkante ihrer freien Enden jeweils umlaufende Dichtkanten bilden, die auf den Axialflächen der Freistiche im inneren Lagerring aufliegen. Die mittigen Krümmungen der Radialdichtlippen entstehen dabei dadurch, dass deren Innendurchmesser im gestreckten Zustand geringfügig kleiner sind als die Durchmesser der Axialflächen der Freistiche im inneren Lagerring, um so einen stetigen Anpressruck auf die Dichtkanten der Radialdichtlippen zu erzeugen.

Nach Anspruch 3 ist es ein weiteres Merkmal des erfindungsgemäß ausgebildeten abgedichteten Wälzlagers, dass die Axialdichtlippen der Dichtungen einen rechteckigen Profilquerschnitt mit lagereinwärts abgewinkelten freien Enden aufweisen und im Einbauzustand mit den Stirnseiten ihrer freien Enden jeweils umlaufende Dichtflächen bilden, die an den Radialflächen der Freistiche im inneren Lagerring anliegen. Um hierbei ebenfalls einen stetigen Anpressdruck der Stirnseiten der freien Enden der Axialdichtlippen an die Radialflächen der Freistiche im inneren Lagerring zu erzeugen, ist der Axialabstand der Stirnseiten der freien Enden zu den Seitenflächen des inneren Lagerrings im unverbauten Zustand der Dichtungen größer als der Axialabstand der Radialflächen der Freistiche zu den Seitenflächen des inneren Lagerrings.

Gemäß Anspruch 4 zeichnet sich das erfindungsgemäß ausgebildete abgedichtete Wälzlager darüber hinaus noch dadurch aus, dass die Dichtkanten an den Radialdichtlippen und die Dichtflächen an den Axialdichtlippen der Dichtungen zumindest annähernd auf einer gleichen Radialebene bzw. einem gleichen Durchmesserbereich der Dichtungen angeordnet sind. Dadurch ist eine optimale Nutzung des für die Dichtungen zur Verfügung stehenden radialen Bauraums ohne kritische Schwächung der Restwandstärke der einzelnen Dichtlippen der Dichtungen möglich.

Eine zweckmäßige Weiterbildung des erfindungsgemäß ausgebildeten abgedichteten Wälzlagers ist es nach Anspruch 5 des Weiteren, dass die dritten Dichtlippen der Dichtungen im Profilquerschnitt oberhalb der Axialdichtlippen angeordnet sowie lagereinwärts axial ausgerichtet sind und im Einbauzustand zusammen mit den Axialdichtlippen die Dichtspalte zu den Radialflächen der Freistiche im inneren Lagerring bilden. Die axiale Erstreckung der dritten Dichtlippen entspricht dabei etwa der axialen Erstreckung der Axialdichtlippen der Dichtungen, so dass jeweils ringförmige Dichtspalte entstehen, die schmale Öffnungen zum Lagerinnenraum hin aufweisen.

Schließlich wird es als vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäß ausgebildeten abgedichteten Wälzlagers durch Anspruch 6 noch vorgeschlagen, dass die Armierungen der Dichtungen im Profilquerschnitt jeweils von einem radialen Mittelteil lagereinwärts rechtwinklig abgewinkelte äußere Endbereiche sowie von dem Mittelteil lagereinwärts schräg abgewinkelte innere Endbereiche aufweisen. Der direkte Innendurchmesserbereich der Armierungen ist letztendlich wieder radial ausgerichtet, um die Anbindungen der Axialdichtlippen und Radialdichtlippen der Dichtungen mit einer einheitlichen Elastomerstärke ausbilden zu können.

Das erfindungsgemäß ausgebildete abgedichtete Wälzlager weist somit gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten abgedichteten Wälzlagern den Vorteil auf, dass es durch eine im Wesentlichen radiale Ausrichtung und axiale Beabstandung der Radialdichtlippen und der Axialdichtlippen beider Dichtungen sowie durch deren Anformung an jeweils den Innendurchmesserbereich ihrer Armierungen umschließende axiale Anbindungen der Elastomerummantelungen, deren radiale Stärke kleiner als die axiale Breite jeder Radialdichtlippe und jeder Axialdichtlippe ist, nicht mehr zu einer gegenseitigen Beeinflussung der Dichtlippen kommen kann, die im statischen und dynamischen Zustand der Dichtungen zu Unstetigkeiten in den Kontakten der ersten und zweiten Dichtlip- pen sowie in der Spaltgeometrie der dritten Dichtlippe führt, so dass ein Eindringen von Schmutzwasser in das Lagerinnere ausgeschlossen ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten abgedichteten Wälzlagers wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1 eine vergrößerte Teilansicht eines Querschnitts durch ein erfindungsgemäß ausgebildetes abgedichtetes Wälzlager;

Figur 2 eine Querschnittsansicht einer Dichtung des erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzlagers gemäß Einzelheit X in Figur 1 ;

Figur 3 eine vergrößerte Darstellung der Dichtlippen der Dichtung gemäß Einzelheit Z in Figur 2.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Aus Figur 1 geht deutlich ein als Radial-Rillenkugellager ausgebildetes Wälzlager 1 hervor, welches aus einem inneren Lagerring 2 mit einer an dessen äußerer Mantelfläche 3 angeordneten Laufbahn 4, einem äußeren Lagerring 5 mit einer an dessen innerer Mantelfläche 6 angeordneten Laufbahn 7 sowie aus einer Vielzahl zwischen den Lagerringen 2, 5 auf den Laufbahnen 4, 7 abrollender Wälzkörper 8 besteht, die durch einen nicht näher bezeichneten Käfig in gleichmäßigen Abständen zueinander gehalten werden.

Ebenso ist in Figur 1 zu sehen, dass axial beidseitig neben der Laufbahn 7 im äußeren Lagerring 5 zwei um laufende Ringnuten 9, 10 in die innere Mantelfläche 6 des äußeren Lagerrings 5 eingearbeitet sind, in denen zwei, jeweils aus einer kreisringförmigen Armierung 13, 14 und einer Elastomerummantelung 15, 16 bestehende Dichtungen 11 , 12 befestigt sind, welche, wie in Figur 2 ersicht- lieh ist, an ihrem Innenumfang jeweils eine erste, an Axialflächen 19, 20 zweier beidseitig neben der Laufbahn 4 im inneren Lagerung 2 angeordneter Freistiche 17, 18 anliegende Radialdichtlippe 23, 24, jeweils eine zweite, an Radialflächen 21 , 22 der Freistiche 17, 18 im inneren Lagerung 2 anliegende Axialdichtlippe 25, 26 sowie jeweils eine dritte, zusammen mit den Freistichen 17, 18 im inneren Lagerung 2 einen Dichtspalt 29, 30 bildende Dichtlippe 27, 28 aufweisen.

Aus den Figuren 2 und 3 wird des Weiteren deutlich, dass die Radialdichtlippen 23, 24 und die Axialdichtlippen 25, 26 beider Dichtungen 11 , 12 im Profilquerschnitt im Wesentlichen radial ausgerichtet und axial voneinander beabstandet an die Enden von jeweils den Innendurchmesserbereich ihrer Armierungen 13, 14 umschließenden axialen Anbindungen 31 , 32 der Elastomerummantelungen 15, 16 angeformt sind. Dabei ist die radiale Stärke SA jeder axialen Anbindung 31 , 32 kleiner als die axiale Breite BR, BA jeder Radialdichtlippe 23, 24 und jeder Axialdichtlippe 25, 26, um somit eine gegenseitige Beeinflussung der Dichtlippen 23, 24 und 25, 26, die im statischen und dynamischen Zustand der Dichtungen 11 , 12 zu Unstetigkeiten in den Kontakten der Radial- und Axialdichtlippen 23, 24, 25, 26 sowie in der Spaltgeometrie der dritten Dichtlippe 27, 28 führt, zu vermeiden.

Die Darstellung gemäß Figur 3 zeigt weiterhin, dass die Radialdichtlippen 23, 24 der Dichtungen 11 , 12 einen rechteckigen Profilquerschnitt aufweisen und im Einbauzustand unter Bildung lagereinwärts gerichteter Krümmungen 33, 34 mit einer inneren Profilkante ihrer freien Enden jeweils umlaufende Dichtkanten 35, 36 bilden, die auf den Axialflächen 19, 20 der Freistiche 17, 18 im inneren Lagerring 2 aufliegen. Die Axialdichtlippen 25, 26 der Dichtungen 11 , 12 weisen deutlich sichtbar ebenfalls einen rechteckigen Profilquerschnitt, jedoch mit lagereinwärts abgewinkelten freien Enden 37, 38 auf und bilden im Einbauzustand mit den Stirnseiten ihrer freien Enden 37, 38 jeweils umlaufende Dichtflächen 39, 40, die an den Radialflächen 23, 24 der Freistiche 17, 18 im inneren Lagerring 2 anliegen. Dabei ist in Figur 3 erkennbar, dass die Dichtkanten 35, 36 an den Radialdichtlippen 23, 24 und die Dichtflächen 39, 40 an den Axialdichtlippen 25, 26 zumindest annähernd auf einer gleichen Radialebene bzw. einem gleichen Durchmesserbereich der Dichtungen 11 , 12 angeordnet sind, so dass der für die Dichtungen 11 , 12 zur Verfügung stehende radiale Bauraum ohne kritische Schwächung der Restwandstärke der einzelnen Dichtlippen 23, 24, 25, 26 optimal genutzt wird.

Gleichfalls ist in Figur 3 erkennbar, dass die dritten Dichtlippen 27, 28 der Dichtungen 11 , 12 im Profilquerschnitt oberhalb der Axialdichtlippen 25, 26 angeordnet sowie lagereinwärts axial ausgerichtet sind und im Einbauzustand zusammen mit den Axialdichtlippen 25, 26 die Dichtspalte 29, 30 zu den Radialflächen 21 , 22 der Freistiche 17, 18 im inneren Lagerring 2 bilden. Die axiale Erstreckung der dritten Dichtlippen 27, 28 entspricht dabei etwa der axialen Erstreckung der Axialdichtlippen 25, 26 der Dichtungen 11 , 12, so dass jeweils ringförmige Dichtspalte 29, 30 mit schmalen Öffnungen zum Lagerinnenraum entstehen.

In den Figuren 1 und 2 ist schließlich noch zu sehen, dass die Armierungen 13, 14 der Dichtungen 11 , 12 im Profilquerschnitt jeweils von einem radialen Mittelteil 41 , 42 lagereinwärts rechtwinklig abgewinkelte äußere Endbereiche 43, 44 sowie von dem Mittelteil 41 , 42 lagereinwärts schräg abgewinkelte innere Endbereiche 45, 46 aufweisen. Der direkte Innendurchmesserbereich der Armierungen 13, 14 ist letztendlich wieder radial ausgerichtet, um die Anbindungen 31 , 32 der Axialdichtlippen 25, 26 und Radialdichtlippen 23, 24 der Dichtungen 11 , 12 mit einer einheitlichen Elastomerstärke ausbilden zu können.

Bezugszahlenliste

Wälzlager 26 Axialdichtlippe an 12 innerer Lagerring von 1 27 dritte Dichtlippe an 11 äußere Mantelfläche von 2 28 dritte Dichtlippe an 12

Laufbahn in 3 29 Dichtspalt äußerer Lagerring von 1 30 Dichtspalt innere Mantelfläche von 5 31 axiale Anbindung an 11

Laufbahn in 6 32 axiale Anbindung an 12

Wälzkörper von 1 33 Krümmung an 23

Ringnut in 6 34 Krümmung an 24

Ringnut in 6 35 Dichtkante an 23

Dichtung 36 Dichtkante an 24

Dichtung 37 Ende von 25

Armierung von 11 38 Ende von 26

Armierung von 12 39 Dichtfläche an 37

Elastomerummantelung von 13 40 Dichtfläche an 38

Elastomerummantelung von 14 41 Mittelteil von 13

Freistich in 2 42 Mittelteil von 14

Freistich in 2 43 äußerer Endbereich von 13

Axialfläche von 17 44 äußerer Endbereich von 14

Axialfläche von 18 45 innerer Endbereich von 13

Radialfläche von 17 46 innerer Endbereich von 14

Radialfläche von 18

Radialdichtlippe an 11 SA radiale Stärke von 31/32

Radialdichtlippe an 12 BR axiale Breite von 23/24

Axialdichtlippe an 1 H1 BA axiale Breite von 25/26