滚动元件轴承组件
阅读说明：本技术 滚动元件轴承组件 (Rolling element bearing assembly ) 是由 扬·克勒格尔 彼得·兰帕尔 汉斯·尤尔根·利泽冈 克劳斯·迪特尔·舒尔茨 于 2020-11-09 设计创作，主要内容包括：公开了一种滚动元件轴承组件(100),特别是双列圆锥滚子轴承,包括第一轴承圈(2；6)和第二轴承圈(2；6),第一轴承圈(2；6)和第二轴承圈(2；6)之间形成轴承内部(8),滚动元件(10)被布置在所述轴承内部(8)中以允许第一轴承圈(2；6)与第二轴承圈(2；6)的相对旋转,其中,滚动元件轴承组件(100)还包括用于密封轴承内部(8)的密封组件,其中,密封组件包括密封架(12)和密封元件(16),密封架(12)连接到第一轴承圈(2；6)使得它们一起旋转,密封元件(16)连接到密封架(12)使得它们一起旋转,其中,密封架(12)由纤维增强塑料制成。(A rolling element bearing assembly (100), in particular a double row tapered roller bearing, is disclosed, comprising a first bearing ring (2; 6) and a second bearing ring (2; 6), the first bearing ring (2; 6) and the second bearing ring (2; 6) forming a bearing interior (8) therebetween, rolling elements (10) being arranged in said bearing interior (8) to allow relative rotation of the first bearing ring (2; 6) and the second bearing ring (2; 6), wherein the rolling element bearing assembly (100) further comprises a sealing assembly for sealing the bearing interior (8), wherein the seal assembly comprises a seal carrier (12) and a seal element (16), the seal carrier (12) being connected to the first bearing ring (2; 6) such that they rotate together, the seal element (16) being connected to the seal carrier (12) such that they rotate together, wherein the seal carrier (12) is made of a fibre-reinforced plastic.)
技术领域
本发明涉及一种根据方案1的前序部分的滚动元件轴承组件(/滚动轴承组件)(rolling-element bearing assembly)，特别是双列圆锥滚子轴承，其中，所述滚动元件轴承组件具有大于一米的直径。
背景技术
特别地，具有大直径的滚动元件轴承组件用于重工业中，并且其特征是它们具有至少一米或更大的直径，因此也被称为大型滚动元件轴承。由此，大型滚动元件轴承比在日常应用中(诸如以在汽车中为例)通常使用的轴承大得多。因此，在大型滚动元件轴承的构造中，也不能将小型轴承放大到大型轴承，因为诸如以重量、制造所需要使用的材料、安装成本以及维修可能性等为例的其它标准发挥着明显更大的作用。
例如，现有技术已知的是，由多个段组装轴承圈，从而可以例如在不拆卸由轴承支撑的轴的情况下维修轴承。然而，对于这种大型滚动元件轴承，它们自身的重量特别有问题。因此，现有技术中已经提出，特别是DE102009014923A1，在轴向上缩小外圈的尺寸，以由此节省材料并减轻总重量。然而，为此目的，必须对轴承圈或轴承内部的密封部位进行重新设计。因此在该公开中已经提出在轴向上将所谓的密封架附接到外圈的端表面，该密封架承载径向轴密封圈，径向轴密封圈进而抵接(/抵靠)(abut against)内圈的径向表面。
通常使用多个螺丝来附接这种密封架，以将密封架的环牢固地拧到外圈上。因此，这样的安装劳动力以及环的制造非常耗费时间和成本。尽管现有技术中已经提出还由局部段(/局部分段)(partial segment)来制造密封架并由此简化安装，然而仍必须在密封架和外圈上形成特定的附接表面，以将密封架可靠地附接到外圈，使得即使在没有螺丝的情况下密封架与外圈也一起旋转。如此，提出在密封架上形成底切(undercut)，该底切可以接合到形成在外圈上的对应的互补底切中。由此可以使附接更加容易。然而，这种设计需要额外地处理密封架和外圈，这进而也非常耗费成本和时间。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种密封架，该密封架以经济且节省时间的方式制造，并且能够容易地附接到滚动元件轴承组件。
该目的通过一种滚动元件轴承组件，特别是双列圆锥滚子轴承(double rowtapered roller bearing)来实现。
在下文中，提出一种滚动元件轴承组件，所述滚动元件轴承组件包括第一轴承圈和第二轴承圈，所述第一轴承圈和所述第二轴承圈(在它们)之间形成轴承内部，所述轴承内部中布置有滚动元件以允许所述第一轴承圈与所述第二轴承圈的相对旋转。特别地，这种滚动元件轴承组件可以是双列圆锥滚子轴承。此外，特别地，这种滚动元件轴承组件能够用于重工业中，其中，所述第一轴承圈和/或所述第二轴承圈具有大于一米的直径。此外，所述滚动元件轴承组件包括用于密封所述轴承内部的密封组件，其中，所述密封组件包括密封架和密封元件，所述密封架连接到所述第一轴承圈，使得所述密封架与所述第一轴承圈一起旋转，所述密封元件连接到所述密封架，使得所述密封元件与所述密封架一起旋转。
为了减轻滚动元件轴承组件的总重量和减少制造成本和生产时间，提出由纤维增强塑料(fiber-reinforced plastic)制造密封架。在此，特别是使用玻璃纤维增强塑料(FRP)。这种塑料在尺寸上特别稳定并且与通常使用的金属板材料相比具有相当高的稳定性，即使不高，与通常使用的金属板材料相比也具有相当的稳定性。
然而，为了即使在大型滚动元件轴承的情况下也能够获得必要的稳定性和尺寸稳定性，优选地，密封架不像通常那样由多层制造，而是由纤维基质复合板压缩模制(SMC方法)而成。没有必要对密封架进行后处理。一方面，由此可以加速制造过程，另一方面，由此可以避免由于纤维增强塑料的错误层压而引起的误差。另外，使用压缩模制的纤维基质复合板，可以实现高尺寸精度，使得还可以使用具有例如纯粹的轴向密封的其他密封构思，而不使用径向轴密封件。
因此，例如，滚动元件轴承组件是更优选的，其中，所述密封架承载密封元件，所述密封元件包括主密封唇和副密封唇(secondary seal lip)，所述主密封唇和所述副密封唇各自在轴向上抵接所述第二轴承圈的端表面。在此，特别地，所述密封架与所述第二轴承圈的端侧(或端表面)之间的距离确定密封唇抵靠所述第二轴承圈的端侧的接触力。由于可以使用纤维增强塑料在尺寸上特别稳定且精确地制造密封架，因此可以精确地设定第二轴承圈的端侧与密封架之间的轴向距离，以确保在轴向上抵接的密封唇具有足够的接触力，以确保在轴承的所有操作情况下都使轴承内部从外部被密封。
此外，由纤维增强塑料(特别是FRP)制成的密封架的设计使得可以在制造期间直接引入诸如以油脂供应孔、内窥镜孔(endoscopy bore)和排气孔为例的结构。这是特别地利用压缩模制的纤维基质复合板(fiber-matrix-composite plate)能够实现精确的配合和形状。
此外，可以在密封架的制造过程中直接地形成诸如以用于接纳密封元件的附接槽为例的其他元件。
根据另一有利的示例性实施方式，所述密封架可以被构造为多件式。为了实现密封架段(/密封架分段)(seal carrier segments)的特别好的连接以及轴向、径向和/或周向的定向(/取向)，密封架段包括在其连接表面上互相互补的结构，所述结构允许密封架段的一一接合和连接(/一一布置和连接)(one-to-one arrangement and connection)。这些互补结构也可以在密封架的制造过程期间通过压缩模制而被直接引入。
在此，特别优选的是，所述结构包括径向止动件和/或轴向止动件，以使所述密封架段能够在径向上和在轴向上相对于彼此对准。
为了将密封元件附接到密封架，还提出使用夹持环(clamping ring)，所述夹持环被构造为在轴向上将所述密封元件夹持在所述密封架与所述密封元件之间，从而固定所述密封元件以防止旋转。除了夹持之外，附加地或替代地，所述密封元件还可以通过摩擦配合附接到所述夹持环和/或所述密封架，特别地，所述密封元件使用其他附接元件(例如螺丝)附接到所述夹持环和/或所述密封架。还可行的是，所述密封元件、所述夹持环和所述密封架包括以干涉配合(/过盈配合)(interference-fit)的方式彼此相互作用的结构，所述结构也可以在借助于所述夹持环的情况下将所述密封元件附接到所述密封架。附加地或替代地，所述密封元件还可以以材料结合(/粘合)(bonded)的方式附接到所述密封架和/或所述夹持环，其中特别地，粘结(/粘接/粘附)(adhering)是优选的。当然，密封元件与密封架或夹持环的其他或附加附接可能性是同样可行的，并且包括在本申请的范围内。
优选的是，所述密封元件自身可以包括支撑主密封唇和副密封唇两者的密封主体，以使所述密封元件被构造为一件式(/一体式)元件。然而，其他设计也是可行的，其中，主密封唇和副密封唇由不同的密封主体承载。一件式设计的优点是，仅需要将一个密封元件附接到密封架，这进而简化制造和安装。
除了密封架与端表面之间的距离之外，所述密封唇的长度、所述密封唇相对于所述端表面的入射角、所述密封唇的材料、所述密封唇的几何设计(/几何学设计/几何形状设计)也确定所述密封唇(特别是主密封唇)抵靠所述轴承圈的端表面的接触力。因此优选的是，主密封唇与副密封唇之间形成落在100°至140°的范围(优选地在大约120°)的唇扩展角(lip-spread angle)，其中，主密封唇和副密封唇被定向为使得所述主密封唇指向轴承内部，而所述副密封唇指向相反的方向。因此，即使以轴向定向，也可以在第二轴承圈的端表面上实现优选的密封唇系统。
此外，优选的是，可以由丁腈橡胶或氢化丁腈橡胶制造密封元件。这些材料具有高耐臭氧性，并且还可以在极低温度下使用。
在说明书、附图和权利要求书中指明了其他优点和有利的实施形式。在此，特别地，说明书和附图中指明的特征的组合仅仅是示例性的，以使特征也可以单独存在或以其他方式组合。
在下文中，使用在附图中描绘的示例性实施方式更详细地描述本发明。在此，示例性实施方式和示例性实施方式中示出的组合仅仅是示例性的，并不意图限定本发明的范围。该范围仅由未决权利要求限定。
附图说明
图1示出了根据第一示例性实施方式的滚动元件轴承组件的示意性立体局部图；
图2示出了图1的滚动元件轴承组件的示意性截面图；
图3示出了图1和图2中使用的密封元件的示意性立体细节图；
图4示出了用于滚动元件轴承组件中的密封架的示意性细节图；
图5示出了可替代使用的密封元件的示意性细节图；
图6示出了可替代使用的密封元件的示意性细节图；以及
图7示出了可替代使用的密封元件的示意性细节图；
在下文中，相同或功能上等效的元件由相同的附图标记表示。
附图标记列表
100 滚动元件轴承组件
2 外圈
4 轴
6 内圈
8 轴承内部
10 滚动元件
12 密封架
14 螺丝
16 密封元件
18 夹持环
20 螺丝
22 密封主体
24 主密封唇
26 副密封唇
28 结构
30 端表面
32 底切
34、36 密封突起
38、40 互补结构
42、44 凸缘元件
46、48 抵接表面
50 附接元件
52 突起
54 倒钩
56 加厚部
58 槽
60 突起
D 距离
L 长度
α 入射角
β 唇扩展角
具体实施方式
图1示意性地示出了滚动元件轴承组件100的立体局部图，滚动元件轴承组件100包括外圈2和内圈6，外圈2连接到轴4使得外圈2与轴4一起旋转，其中，外圈2和内圈6在它们之间形成轴承内部8，轴承内部8中布置有滚动元件10。
为了保护轴承内部8总体上不受灰尘、水或颗粒的污染，并且为了将随意地位于轴承内部8中的润滑剂保持在轴承内部8中，轴承内部8必须向外被密封。为此目的，通常是将密封架(seal carrier)12附接到外圈2或轴4，在图1中示出的示例性实施方式中，密封架12通过螺丝14进行附接并且至少部分地覆盖轴承内部8。在此，密封架12从轴承外圈2或轴4延伸到轴承圈6并且承载密封元件16。该设计还在图2的截面图中被放大地示出，然而其中，图2仅示出了轴承内圈6、滚动元件10，而没有示出外圈2。此外，图2中描绘了密封架12，密封架12承载密封元件16。
在附图中描绘的示例性实施方式中，密封元件16被构造为轴向密封元件。然而，也可以将密封元件形成为径向轴密封环。
为了将密封元件16附接到密封架12使得它们一起旋转，另外设置了夹持环(/夹紧环)(clamping ring)18，夹持环进而通过螺丝20在周向上附接到密封架12，使得密封元件16被夹紧在密封架12与夹持环18之间。密封元件本身也通过螺丝20在周向方向上附接到夹持环18，使得密封元件与夹持环18一起旋转，并且密封元件在轴向上限定的距离处附接到轴承内圈6。下面更详细地讨论各种附接可能性。
如从图2和图3可以看出的，密封元件16包括承载主密封唇24和副密封唇26的密封主体22。在描绘的示例性实施方式中，密封主体22和密封唇24、26一体地形成(/形成为单一件)，但也可以由多个部件制成密封元件16。在示出的示例性实施方式中，密封主体22具有凸耳(lug)形式的结构28，结构28与密封架12相互作用，以在轴向上和在径向上将密封主体22固定在密封架12上，并因此将密封主体16固定在密封架12上。
此外，图2示出了主密封唇24和副密封唇26没有像往常那样在径向上定向，而是能在轴向上抵靠内圈6的端表面滑动。这是不寻常的，由于直到目前为止本领域技术人员已经假定，轴向密封件或在轴向上延伸的主密封件24无法抵靠端表面30或其他轴向表面施加足够的接触力，以安全且可靠地保护轴承内部8免受外部污染，并且将随意地位于轴承内部8中的润滑剂保持在轴承内部8中。
然而，令人惊讶地发现，密封唇可以形成为使得该密封唇也可以在轴向方向上施加足够的接触力。除了密封架12与端侧30之间的距离D之外，密封元件的材料，特别是主密封唇的材料、主密封唇的长度L、主密封唇相对于端表面30的入射角α、主密封唇的几何设计、以及主密封唇相对于副密封唇26的扩展角β也起着至关重要的作用。为了获得特别好的接触力，针对密封元件模拟在轴承的整个使用寿命中所达到的接触力及其行为，并相应地调整参数。
因此，例如，图2中描绘的且在图3中放大的主密封唇24示出了具有向外稍微弯曲且中心加厚的形状的几何设计，并且主密封唇24相对于副密封唇26具有大约120°的唇扩展角(lip-spread angle)β。此外，密封架12与轴承内圈6的端表面30之间的距离D被设定为使得即使在高载荷且长使用寿命的情况下密封唇24也始终与端表面30接触。此外，优选的是，主密封唇24相对于轴承内圈6的端表面30的入射角α落在大约20°至60°之间的范围。此外，已经发现优选的是，由弹性材料(优选地，丁腈橡胶(nitrile butadiene rubber)或氢化丁腈橡胶(hydrogenated acrylonitrile butadiene rubber))制造密封元件，特别是主密封唇24。这些材料具有足够的强度、高弹性和高光滑度(高平滑度)(smoothness)，以使密封唇在其使用寿命中密封地抵接端表面30，而不会由于高摩擦转矩或阻碍轴承组件的旋转而被损坏。另外，这些材料展现了高耐臭氧性(high resistance to ozone)，并且还可以在低温下使用。
为了将密封元件16附接到密封架12，在图2的示例性实施方式中，还描绘了密封架12包括底切(undercut)32，底切32与密封主体22的结构28(即，凸耳)相互作用，以在径向上和在轴向上固定密封元件16。此外，底切与凸耳28一起形成一种迷宫密封，该迷宫密封进一步密封轴承内部8。为了额外地密封轴承内部8，特别是还可以从图3中的密封唇的放大图看出的，在结构28的区域中在密封元件16上形成在径向上延伸的突起34，并且在密封主体22的该区域中形成在轴向上延伸的突起36，以确保密封元件16与夹持环18或密封架12之间的额外密封。此外，密封主体22还可以被粘结(/粘合/粘附)到夹持环18和/或密封架。
如上已经提到的，为了建立主密封唇24的接触力，在各个参数中，密封架12与轴承内圈的端表面30之间的距离D尤其重要。在现有技术已知的轴承中，密封架12由金属板制成，然而，尤其是在大型滚动元件轴承中，金属板稍微弯曲使得在常规轴承中距离D在圆周上变化很大。在轴向上延伸的密封件的情况下，这种变化使主密封唇24无法一直抵接轴承内圈6的端表面30，而是与其间隔开。因此，本领域技术人员从未考虑过轴向密封组件。
为了尽可能地减小轴向不平衡，因此进一步提出不像现有技术已知那样由金属板材料制造密封架12，而是由纤维增强塑料制造密封架12，特别是由玻璃纤维增强塑料(FRP)制造密封架12。FRP具有以下特性：一方面，FRP是轻的，由此可以减轻大型滚动元件轴承的总重量，另一方面，FRP却是非常稳定且不变形的，使得即使是大型滚动元件轴承的情况下，密封架12与端表面30之间的距离D也可以被精确地设定并且在整个圆周上保持恒定。在此已经发现有利的是，不像通常那样层压FRP材料，而是将其由纤维基质复合板压缩模制(compression-mold)而成，这特别地增加了尺寸稳定性和制造精度。
然而，由纤维增强塑料(特别是由FRP材料)制成的这种密封架12还可以用作用于径向轴密封件的密封架。
此外，密封架12可以一件式或多件式地形成，并且在制造过程期间中，可以直接形成其他结构，诸如以排气孔、润滑剂供应孔、内窥镜孔(endoscopy bore)等为例。
在多件式实施方式中，如图4中描绘的，另外有利的是，两个相互抵接的相邻的密封架段部分12a、12b包括相互互补的结构38、40。在图4中描绘的示例性实施方式中，相互互补的结构由突起38和对应构造的槽40实现，突起38和对应构造的槽40在组装期间彼此接合并且使密封架段12a、12b在径向上和轴向上彼此对准。此外，凸缘元件(/法兰元件)42、44可以附接到密封架段12a、12b中的每个，凸缘元件42、44可以被拧到彼此以将密封架段12a、12b连接到彼此。另外，密封架段的接合表面46、48(特别是凸缘表面)可以涂覆有密封材料(特别是液体密封)，以确保密封架12在周向方向上的密封性。密封架段12a、12b也可以仅粘结到彼此，其中，粘合剂(adhesive)于是可以承担附接功能和密封功能这两个功能。
代替所描绘的舌槽连接(/榫槽连接)(tongue-and-groove connection)，当然也可以形成其他合适的互补结构，以使密封架段可以相对于彼此径向、轴向和/或周向固定和定向。然而，在此特别有利的是，互补结构包括至少一个径向止动件和一个轴向止动件，从而简化密封架段的定向(/取向)。
图5、图6和图7示出了密封元件16与密封架12或夹持元件18的另外可选的附接可能性。在示出的其他实施方式中，密封元件16仅连接到夹持元件18，而不直接附接到密封架12。因此，图5和图6各自示出了其中密封元件16和夹持环18以过盈和摩擦配合的方式彼此连接的设计。在此，图5中示出了纯粹的过盈和摩擦配合的设计，而在图6中，借助于额外的附接元件50通过摩擦配合来补充过盈或摩擦配合。在图5中，夹持环18包括突起52，配备有倒钩54的密封元件16夹持(/夹紧)在突起52上。另一方面，在图6的示例性实施方式中，夹持环18包括具有槽58的加厚部56，密封元件的延伸部60接合到槽58中，延伸部60也配备有倒钩54。另外，设置将密封元件16附接到夹持环18使得它们一起旋转的附接元件50。当然，例如图7中描绘的，密封元件16也可以仅通过螺丝50被拧到夹持环18上。
如图1至图7中描绘的滚动元件轴承组件特别有利的是，内圈被构造为固定的(/静止的/不动的)(stationary)并且外圈被构造为旋转的，但是该滚动元件轴承组件也可以在固定外圈和旋转内圈的情况下使用。
总之，使用提出的滚动元件轴承组件，可以提供直径超过一米且既可以减轻重量又可以提高密封性能的大型滚动元件轴承组件。FRP材料(特别是由纤维复合板压缩模制的FRP材料)和在轴向上延伸的密封件的组合可以实现最佳的轴向密封，因为由于FRP密封架，可以特别精确地设定密封架与内圈的端表面之间的距离。
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