Dichtungsanordnung für Exzenterwellen

Beschreibung

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus Dichtungsanordnung zwischen einem eine Exzenterwelle lagernden Gehäuse und wenigstens einem aus dem Gehäuse ragenden endseitigen Exzenterzapfen der Exzenterwelle, welcher sich durch Drehung der Exzenterwelle relativ zum Gehäuse exzentrisch bewegt und dadurch wenigstens einen Körper treibt, in welchem der Exzenterzapfen drehbar gelagert ist, aufweisend wenigstens eine Dichtung, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Eine solche Dichtungsanordnung ist beispielsweise aus der DE 44 31 353 C1 bekannt. Die bekannte Dichtungsanordnung ist in einer Bremszangeneinrichtung einer Schienenfahrzeugbremse vorgesehen, welche wenigstens zwei an voneinander weg weisenden Außenflächen des Gehäuses angeordnete, von je einem endseitigen Exzenterzapfen der Exzenterwelle exzentrisch getriebene Bremszangenhebel beinhaltet. Dabei sind die Zangenhebel der Bremszangeneinheit auf den Exzenterzapfen drehbar gelagert. Die Exzenterwelle ist um ihre Achse drehbar gelagert, wobei die Bewegungen eines Punktes auf einem der Exzenterzapfen relativ zum Gehäuse entweder durch eine Rotation oder durch zwei senkrecht zueinander gerichtete Translationen beschrieben werden kann.

Eine solche Bremszangeneinheit ist den Umweltbedingungen wie Spritzwasser im Fahrbetrieb, heißem Strahlwasser bei Reinigung, Schmutz wie Bremsstaub und Sand sowie Schnee und Eis ausgesetzt, weshalb die Abdichtung zwischen den Zangenhebeln, der Exzenterwelle und dem Gehäuse auch unter diesen Bedingungen zuverlässig funktionieren muss.

Bei der bekannten Dichtungsanordnung erfolgt die Abdichtung zwischen den Zangenhebeln, der Exzenterwelle und dem Gehäuse über Radialwellendicht- ringe. Dazu ist im Bereich der Exzenterwelle eine korrosionsbeständige Scheibe mit der Exzenterwelle verschraubt, in welcher eine Aufnahme für einen Ra- dialwellendichtring ausbildet ist, der zum Zangenhebel hin abdichtet. Andererseits ist auf der Scheibe eine Dichtfläche für einen weiteren Radialwellendicht- ring vorhanden, welcher in einer Ausnehmung des Gehäuses gelagert ist. Nachteilig bei der Verwendung von Radialwellendichtringen in einer Dichtungsanordnung einer Bremszangeneinheit ist, dass sie einen relativ kleinen Quer- schnitt bei relativ großen Durchmessern der Exzenterwelle aufweisen und die

Dichtlippen deshalb eine geringe Vorspannung aufweisen. Weiterhin neigen die Dichtlippen zu Verschleiß, wodurch die Dichtwirkung herabgesetzt wird.

In der DE 10 2005 049 058 A1 ist ebenfalls eine Dichtungsanordnung einer Bremszangeneinheit eines Schienenfahrzeugs beschrieben, welche einen ge- teilten Dichtring in Form von zwei Halbringen beinhaltet. Der geteilte Dichtring ist dabei in einer umlaufenden, gehäusefesten Nut gehalten und wird von einer zylindrischen, den Zangenhebeln zugeordneten Fläche geführt. Bei der Lagerung des in Schwerkraftrichtung gesehen oberen Zangenhebels ist die Nut gehäusefest ausgebildet und die zylindrische Führungsfläche befindet sich am Zangenhebel, bei der Lagerung des unteren Zangenhebels ist dagegen die Nut im Zangenhebel und die Führungsfläche am Gehäuse ausgebildet. Diese unterschiedliche Ausbildung der oberen und unteren Lagerdichtungen ist durch den Schwerkrafteinfluss auf Schmutzwasser begründet, da die Stirnseiten der zylindrischen Führungsflächen mit den jeweils gegenüberliegenden Flächen als Labyrinthdichtungen wirken. Dadurch ist der Aufbau der oberen und unteren Dichtungsanordnung allerdings unterschiedlich. Weiterhin sind enge Toleranzen für die Nutlagerungen der Halbringe einzuhalten, um einerseits die gewünschte Spaltdichtwirkung zu erzeugen, andererseits aber ein Gleiten der Halbringe in den Nuten zu ermöglichen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungsanordnung der eingangs erwähnten Art derart weiter zu entwickeln, dass sie günstiger zu fertigen ist und eine bessere Dichtwirkung aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1 ge- löst.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung basiert auf dem Gedanken, dass die Dichtung eine hermetische Dichtung ist und wenigstens einen einerseits am Gehäuse und andererseits an dem Körper gehaltenen, wenigstens teilweise elastischen Faltenbalg beinhaltet. Gegenüber dem Stand der Technik, welche Spaltdichtungen verwenden, weisen hermetische Dichtungen eine bessere Dichtwirkung auf, weil sie unter üblichen Betriebsbedingungen keinen Schmutz oder Feuchtigkeit und höchstens vemachlässigbare Mengen von Gas in den abgedichteten Bereich gestatten. Der Begriff „hermetische Dichtung" soll daher hier im Gegensatz zum Begriff „Spaltdichtung" verstanden werden.

Weiterhin können identische Faltenbälge für sämtliche Lagerstellen verwendet werden, da keine Rücksicht auf die Richtung der Schwerkraft genommen werden muss.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung möglich.

Die Dichtungsanordnung ist wie bei Stand der Technik vorzugsweise in einer Bremszangeneinrichtung einer Schienenfahrzeugbremse vorgesehen, welche wenigstens zwei an voneinander weg weisenden Außenflächen des Gehäuses angeordnete, von je einem endseitigen Exzenterzapfen der Exzenterwelle exzentrisch getriebene Bremszangenhebel beinhaltet.

Der Faltenbalg ist dabei derart ausgeführt ist, dass er einer Bewegung des Exzenterzapfens relativ zum Gehäuse in einer zur Achse der Exzenterwelle senkrechten Ebene folgen kann.

Vorzugsweise ist der Faltenbalg wenigstens teilweise aus Gummi gefertigt, be- vorzugt vollständig aus einem NBR-Kautschuk (Acrylnitril-Butadien-Kautschuk), wobei die Enden des Faltenbalgs form- und/oder reibschlüssig mit dem Gehäuse und dem Bremszangenhebel verbunden sind.

Wenn wenigstens einige der Falten des Faltenbalgs in eine radiale Ausnehmung einer Hülse hineinragen, welche vorzugsweise mit dem Gehäuse ver- bunden ist, sind diese definiert gekammert, was verhindert, dass die Falten während der exzentrischen Bewegung des Zangenhebels gegenüber dem Gehäuse eingeklemmt werden.

Besonders bevorzugt ist wenigstens ein Ende des Faltenbalgs mit einem demgegenüber steifen Ring stoffschlüssig verbunden, welcher dann an dem Ge- häuse oder an der Hülse formschlüssig gehalten ist. Dieser Stoffschluss wird beispielsweise dadurch herbeigeführt, dass der Ring wenigstens teilweise in den Faltenbalg einvulkanisiert wird.

Dieser Ring kann dann durch eine Scheibe gegen den Bremszangenhebel oder das Gehäuse gekontert werden, welche zugleich ein Axiallager zwischen dem Zangenhebel und dem Gehäuse bildet und somit eine vorteilhafte Doppelfunktion erfüllt.

Wenn diese Scheibe aus einem schwingungsdämpfenden Gleitlagerwerkstoff, beispielsweise aus Polyamid oder Lagerbronze gefertigt ist, werden die Schwingungen, welchen die Bremszangenhebel im ungebremsten und daher unverspannten Zustand ausgesetzt sind, vorteilhaft gedämpft und eine übertragung des Körperschalls von den Bremszangenhebeln auf das Gehäuse weitgehend verhindert.

Genaueres geht aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen hervor.

Zeichnungen

Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung in der Zeichnung darge- stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig.1 eine perspektivische Darstellung einer Bremszangeneinrichtung mit Dichtungsanordnungen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; Fig.2 eine vergrößerte Querschnittsdarstellung der Dichtungsanordnungen von Fig.1 ;

Fig.3 eine Querschnittsdarstellung einer Dichtungsanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform;

Beschreibung der Ausführungsbeispiele In Fig. 1 ist eine Bremszangeneinrichtung 2 einer Schienenfahrzeugbremse dargestellt, welche mit einer nicht gezeigten Bremsscheibe zusammenwirkt. Die Bremszangeneinrichtung 2 ist in Fig. 1 in Gebrauchslage gezeigt, d.h., dass oben dargestellte Bauelemente auch oben eingebaut sind.

Die Bremszangeneinrichtung 2 wird durch einen hier nicht näher beschriebenen Aktuator 3 betätigt und wirkt auf eine Exzenterwelle 4 mit endseitigen Exzenterzapfen, einem oberen Exzenterzapfen 6 und einem unteren Exzenterzapfen 8, welche aus Gehäusebohrungen 10, 12 eines Gehäuses 14 der Bremszangeneinrichtung 2 herausragend in je einem Bremszangenhebel, einem oberen Bremszangenhebel 16 und einem unteren Bremszangenhebel 18 rotatorisch gelagert sind. In der in Fig.1 gezeigten Gebrauchslage ist die Bremszangeneinrichtung 2 im wesentlichen horizontal angeordnet, so dass in Schwerkraftrichtung gesehen der obere Bremszangenhebel 16 auf einem höheren Niveau als der untere Bremszangenhebel 18 angeordnet ist.

Durch Drehung der Exzenterwelle 4 werden die Bremszangenhebel 16, 18 in Richtung auf die Bremsscheibe zu bewegt, wodurch an den Bremszangenhebeln 16, 18 angeordnete Bremsbelaghalter 22, 24 mit Bremsbelägen mit dieser in Reibkontakt treten. Die von den Bremsbelaghaltern 22, 24 weg weisenden Enden der Bremszangenhebel 16, 18 sind an den Enden eines Druckstangenstellers 21 um zur z-Achse parallele Schwenkachsen 20 drehgelagert, der zur Verschleißnachstellung in seiner Länge einstellbar ist. Bei einer Verlängerung des Druckstangenstellers 21 in y-Richtung entfernen sich die Enden der Bremszangenhebel 16, 18 voneinander, wodurch sich diese um die Exzenter- zapfen 6, 8 der Exzenterwelle 4 verdrehen, um den Abstand der Belaghalter 22, 24 voneinander zu verkürzen.

Wie im besten in Fig.2 zu sehen ist, weist der untere Bremszangenhebel 18, welcher hier stellvertretend für den oberen Bremszangenhebel 16 beschrieben wird, eine endseitige Sacklochbohrung 26 auf, in welche eine Hülse 28 einge- setzt ist, deren radial innere Umfangsfläche eine Lagerschale eines äußeren Radialnadellagers 30 bildet, mit welchem der Exzenterzapfen 8 gegenüber dem Bremszangenhebel 18 drehbar gelagert ist. Hierzu ist der Exzenterzapfen 8 von einer Hülse 32 umgeben, welche die andere Lagerschale des äußeren Radialnadellagers 30 bildet. Andererseits ist ein Mittelabschnitt 34 der Exzenterwelle 4 mittels zweier innerer Radialnadellager 36 gegenüber dem Gehäuse 14 drehgelagert. Diese Lagerungen kann der Fachmann den Erfordernissen entsprechend anpassen, sie können beispielsweise auch durch Gleitlagerungen gebildet werden.

Bei rotatorischem Antrieb der Exzenterwelle 4 erfährt die Mittelachse 38 des Exzenterzapfens 8 sowohl eine translatorische Bewegung in Richtung der X- Achse und der Y-Achse als auch eine Rotation um die Mittelachse 40 der Exzenterwelle, welche parallel zur z-Achse oder zur Vertikalen ist. Dieser exzentrischen Bewegungsbahn kann der an der über das äußere Radialnadellager 30 gelagerte Bremszangenhebel 18 folgen, um eine Zuspann- oder Lösebewe- gung der Bremsbelaghalter 22, 24 gegenüber der Bremsscheibe hervorzurufen.

Eine genaue Beschreibung eines solchen exzentrischen Antriebs ist in der eingangs genannten DE 10 2005 049 058 A1 enthalten, weshalb hier nicht weiter darauf eingegangen werden soll.

Auf die Stirnfläche 42 der Gehäusebohrung 12 ist ein Flansch 44 mit einer an einer Flanschschulter 46 ausgebildeten Sitzfläche 48 aufgesetzt, der mit einem Zentrierkragen 50 in die Gehäusebohrung 12 hineinragt und dort vorzugsweise durch Presssitz gehalten wird. Der Flansch 44 bildet somit ein gehäusefestes Bauteil. Die radial äußere Umfangsfläche des Flansches 44 ist mit einer nach radial innen ragenden Ausnehmung 52 versehen. Weiterhin bildet eine vom Gehäuse 14 weg weisende Stirnfläche 54 des Flansches 44 eine Gleitlagerfläche für eine Axiallagerscheibe 56.

Die Axiallagerscheibe 56 besteht vorzugsweise aus einem schwingungsdämp- fenden Gleitlagerwerkstoff, beispielsweise aus Polyamid oder Lagerbronze. Dadurch werden die Schwingungen, welchen die Bemszangenhebel im unge- bremsten und daher unverspannten Zustand ausgesetzt sind, vorteilhaft gedämpft.

Die Axiallagerscheibe 56 ist bevorzugt an der zum Gehäuse 14 weisenden Stirnfläche 58 des Bremszangenhebels 18 befestigt, vorzugsweise durch eine in der Querschnittsdarstellung von Fig.2 nicht gezeigte Verschraubung. Die bremszangenhebelfeste Axiallagerscheibe 56 bildet zusammen mit der zugeordneten Gleitlagerfläche, welche hier durch die vom Gehäuse 14 weg weisende Stirnfläche 54 des gehäusefesten Flansches 44 gebildet wird, eine Axialgleitlagerung für den Bremszangenhebel 18 relativ zum Gehäuse 14. Wie anhand von Fig.1 leicht vorstellbar ist, treten Axial- oder Querkräfte, d.h. in Bezug zur Mittelachse 40 der Exzenterwelle 4 oder in z-Richtung gerichtete Kräfte auf, wenn bei zugespannter Bremse die Bremsbeläge an die Bremsscheibe angelegt werden und dadurch Reibungskräfte entstehen, welche die am Druckstangensteller 21 endseitig gelagerten Bremszangenhebel 16, 18 senkrecht zu ihrer Längserstreckung in Form von Biegung belasten. Diese Biegebelastung ruft

Quer- oder Axialkräfte hervor, die im vorliegenden Fall über die Axiallagerscheibe 56 am Gehäuse 14 abgestützt werden.

Wesentlich ist, dass der Kraftfluss der Quer- oder Axialkräfte in z-Richtung von den Bremszangenhebeln 16, 18 direkt in die zugeordneten Axiallagerscheiben 56 und von dort in die gehäusefesten Flansche 44 und schließlich in das Gehäuse 14 führt, ohne dass die Exzenterwelle 4 oder die Exzenterzapfen 6, 8 in diesen Kraftfluss einbezogen werden. Hingegen werden die auf die Bremszangenhebel 16, 18 wirkenden, aus ihrer Zuspannbewegung herrührenden und in der x-y-Ebene wirkenden Querkräfte über die äußeren Radialnadellager 30 an der Exzenterwelle 4 abgestützt, welche wiederum über die inneren Radialnadellager 36 am Gehäuse 14 abgestützt ist.

Da sich die Bremszangeneinrichtung 2 am Schienenfahrzeug in einem Schmutz- und Spritzwasser ausgesetzten Bereich befindet, muss die Exzenterwelle 4 bzw. deren endseitige Exzenterzapfen 6, 8 gegenüber dem Gehäuse 14 abgedichtet werden.

Fig.2 zeigt eine obere Dichtungsanordnung 60 und eine untere Dichtungsanordnung 62 der Bremszangeneinrichtung 2 im Detail. Stellvertretend für die obere Dichtungsanordnung 60 wird im folgenden der Aufbau der demgegenüber identischen unteren Dichtungsanordnung 62 beschrieben. Die untere Dichtungsanordnung 62 umfasst wenigstens eine hermetische Dichtung, welche durch wenigstens einen einerseits am Gehäuse 14 und andererseits an dem unteren Bremszangenhebel 18 gehaltenen, wenigstens teilweise elastischen Faltenbalg 64 gebildet wird. Der Faltenbalg 64 ist dabei derart ausgeführt ist, dass er den aus dem exzentrischen Antrieb resultierenden Radial- bewegungen des Exzenterzapfens 8 relativ zum Gehäuse 14 in einer zur Mittelachse 40 der Exzenterwelle 4 senkrechten Ebene x-y folgen kann, wobei die Falten des Faltenbalgs 64 diese Bewegungen ausgleichen.

Vorzugsweise ist der Faltenbalg 64 wenigstens teilweise aus Gummi gefertigt, bevorzugt vollständig aus einem NBR-Kautschuk (Acrylnitril-Butadien-

Kautschuk), wobei die Enden 66, 68 des Faltenbalgs 64 form- und/oder reibschlüssig mit dem Gehäuse 14 und dem Bremszangenhebel 18 verbunden sind.

Der Faltenbalg 64 umschließt den Flansch 44 radial und hat in Richtung der Mittelachse 40 der Exzenterwelle 4 gesehen (z-Richtung) ungefähr dessen Längserstreckung. Wenigstens einige der Falten des Faltenbalgs 64 ragen in die radiale Ausnehmung 52 des Flansches 44 hinein, welcher mit dem Gehäuse 14 verbunden ist.

Besonders bevorzugt ist das dem Bremszangenhebel 18 zugeordnete Ende 66 des Faltenbalgs 64 mit einem demgegenüber steifen Ring 70 vorzugsweise stoffschlüssig verbunden, welcher an dem Bremszangenhebel 18 vorzugsweise formschlüssig gehalten ist. Dieser Stoffschluss wird beispielsweise dadurch herbeigeführt, dass der Ring 70 wenigstens teilweise in den Faltenbalg 64 einvulkanisiert wird. Dieser Ring 70 ist wie die Axiallagerscheibe 56 bevorzugt an der zum Gehäuse 14 weisenden Stirnfläche 58 des Bremszangenhebels 18 durch wenigstens eine Schraube 72 befestigt. Weiterhin umschließt der Ring 70 die Axiallagerscheibe 56.

Andererseits wird das dem Gehäuse 14 zugeordnete Ende 68 des Faltenbalgs 64 zwischen der Sitzfläche 48 des Flansches 44 und der zum Bremszangenhe- bei 18 weisenden Stirnfläche 42 des Gehäuses 14 durch Kraftschluss und/oder Formschluss geklemmt, wozu das Ende 68 eine Querschnittsvergrößerung 74 aufweisen kann, die in einer entsprechenden Ringausnehmung in der Sitzfläche 48 des Flansches 44 aufgenommen ist.

Bei dem weiteren Ausführungsbeispiel nach Fig.3 sind die gegenüber dem vor- hergehenden Beispiel gleich bleibenden und gleich wirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Im Unterscheid zu diesem ist das dem Flansch 44 oder dem Gehäuse 14 zugeordnete Ende 68 des Faltenbalgs 64 zwischen einer von der Sitzfläche 48 weg weisenden Stirnfläche 75 des Flansches 44 und einem separaten Klemmring 76 vorzugsweise formschlüssig

geklemmt, der beispielsweise mit dem Flansch 44 verschraubt ist. Weiterhin hat der mit dem anderen Ende 66 des Faltenbalgs 64 vulkanisierte Ring 70 mit L-förmigem Querschnitt einen Schenkel 78, welcher durch die an die Stirnfläche 58 des Bremszangenhebels 18 durch Schrauben 80 geschraubte Axialla- gerscheibe 56 übergriffen und dadurch festgeklemmt ist. Ansonsten sind die Dichtungsanordnungen 60, 62 sowie die Lagerung der Exzenterwelle 4 und der Bremszangenhebel 16, 18 identisch wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig.2 ausgeführt.

Die Anwendung der Dichtungsanordnungen 60, 62 ist nicht auf Bremszangen- einrichtungen 2 beschränkt. Vielmehr können solche Dichtungsanordnungen 60, 62 allgemein zwischen jedem eine Exzenterwelle 4 lagernden Gehäuse 14 und einem aus dem Gehäuse 14 ragenden endseitigen Exzenterzapfen 6, 8 der Exzenterwelle 4 verwendet werden.

Bezugszeichenliste

2 Bremszangeneinrichtung

4 Exzenterwelle

6 Exzenterzapfen 8 Exzenterzapfen

10 Gehäusebohrung

12 Gehäusebohrung

14 Gehäuse

16 Bremszangenhebel 18 Bremszangenhebel

20 Schwenkachse

21 Druckstangensteller

22 Bremsbelaghalter 24 Bremsbelaghalter 26 Sacklochbohrung

28 Hülse

30 Radialnadellager

32 Hülse

34 Mittelabschnitt 36 Radialnadellager

38 Mittelachse

40 Mittelachse

42 Stirnfläche

44 Flansch

46 Flanschschulter

48 Sitzfläche

50 Zentrierkragen

52 Ausnehmung 54 Stirnfläche

56 Axiallagerscheibe

58 Stirnfläche

60 obere Dichtungsanordnung

62 untere Dichtungsanordnung 64 Faltenbalg

66 Ende

68 Ende

70 Ring

72 Schraube 74 Querschnittsvergrößerung

75 Stirnfläche

76 Klemmring 78 Schenkel 80 Schraube