DE102008005029A1

DE102008005029A1 - Wälzlager

Info

Publication number: DE102008005029A1
Application number: DE102008005029A
Authority: DE
Inventors: Tom During; Thomas Wiesneth
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-01-22
Filing date: 2008-01-22
Publication date: 2009-07-23
Anticipated expiration: 2028-01-23
Also published as: DE102008005029B4

Abstract

Es wird ein Wälzlager (1) zur schmiermitteldichten Lagerung einer Welle angegeben, das eine Lagerhülse (3), eine die Welle abdichtende Dichtscheibe (5), ein die Welle lagerndes, axial verschiebbares Nadellager (4) und eine Anlaufscheibe (6) umfasst, die zwischen dem Nadellager (4) und der Dichtscheibe (5) angeordnet ist. Dabei ist vorgesehen, dass die Anlaufscheibe (6) als eine am Rand (20) abgewinkelte Winkelscheibe (7) ausgebildet ist. Das angegebene Wälzlager (1) weist eine gegenüber dem Stand der Technik erhöhte Lebensdauer auf, insbesondere bei Anwendungen, in denen ein Nadelkäfig axial wandern kann.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Wälzlager zur schmiermitteldichten Lagerung einer Welle, mit einer Lagerhülse, mit einer die Welle abdichtenden Dichtscheibe, mit einem die Welle lagernden, axial verschiebbaren Nadellager, und mit einer Anlaufscheibe, die zwischen dem Nadellager und der Dichtscheibe angeordnet ist.
Hintergrund der Erfindung
Ein Wälzlager der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der G 88 16 432 U1 bekannt. Ein solches Wälzlager eignet sich sowohl zur Lagerung einer durchgehenden Welle als auch zur Lagerung eines Wellenendes. Die Lagerhülse ist dabei insbesondere mit einem Schmiermittel wie Fett befüllt, wobei über die Dichtscheibe gegenüber der Welle eine Abdichtung nach außen erfolgt. Hierdurch wird es möglich, das Wälzlager abgekoppelt von einem Schmiermittelkreislauf einzusetzen. Beispielsweise kann das Wälzlager zur Lagerung einer ersten Welle in einer zweiten Welle verwendet werden. Insbe sondere kann das Wälzlager als ein so genanntes Pilotlager zur Lagerung einer Getriebeeingangswelle in einer Kurbelwelle eingesetzt sein.
In der DE 38 05 707 A1 wird ein ähnliches Wälzlager zur Lagerung einer Welle vorgeschlagen. Dort ist gemäß einer ersten Ausführungsform die Dichtscheibe der Welle zugeordnet und dieser mittels einer Blechhülse kraftschlüssig aufgesetzt. In einer zweiten, dort gezeigten Ausgestaltung ist die Dichtscheibe der Lagerhülse zugeordnet, wobei die Abdichtung zwischen der Dichtscheibe und der Welle durch eine der Welle aufgesetzten Blechhülse erfolgt. In beiden Fällen bildet die Blechhülse zugleich eine Armierung für die Dichtscheibe. Eine Anlaufscheibe ist nicht vorgesehen.
Nachteiligerweise führt ein Betrieb der genannten Wälzlager mit zunehmenden Drehzahlanteilen durch das Auflaufen des Nadellagers zu einem Verschleiß der Anlaufscheibe oder der Dichtscheibe. Insbesondere kann es zu einem Wandern der Anlaufscheibe und damit zu einer Zerstörung der Dichtscheibe kommen.
Aufgabe der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Wälzlager der eingangs genannten Art mit einer möglichst langen Lebensdauer anzugeben.
Lösung der Aufgabe
Die angegebene Aufgabe wird für ein Wälzlager, das eine Lagerhülse, eine Welle abdichtende Dichtscheibe, ein die Welle lagerndes, axial verschiebbares Nadellager und eine Anlaufscheibe, die zwischen dem Nadellager und der Dichtscheibe angeordnet ist, umfasst, erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Anlaufscheibe als eine am Rand abgewinkelte Winkelscheibe ausgebildet ist.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass durch das Auflaufen des Nadellagers ein Aufschrauben der Anlaufscheibe bewirkt werden kann. Insbesondere kann es zu einem Wandern oder zu einer Aufkantung der Anlaufscheibe kommen, wodurch schließlich die Dichtscheibe beschädigt und die Dichtfunktion beeinträchtigt wird.
Um ein Aufschrauben oder ein Aufkanten der Anlaufscheibe zu verhindern, sieht die Erfindung nun vor, die Anlaufscheibe als eine am Rand abgewinkelte Winkelscheibe auszubilden. Durch einen abgewinkelten Randbereich wird zum einen eine größere Fläche für eine kraftschlüssige Verbindung der Anlaufscheibe hergestellt. Zum anderen wird hierdurch ein Aufkanten sicher verhindert.
Vorteilhafterweise sieht die Erfindung nun vor, die Anlaufscheibe an ihrem äußeren Rand abzuwinkeln und mit diesem abgewinkelten Randbereich in die Lagerhülse einzusetzen. Beispielsweise kann dies mittels eines Presssitzes geschehen. Gleichwohl wird von der Erfindung aber auch umfasst, die Anlaufscheibe der Welle aufzusetzen und an ihrem inneren Rand zur Welle hin abzuwinkeln. Auch hierdurch wird ein Aufschrauben oder Aufkanten der Anlaufscheibe sicher vermieden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung geht die Erfindung den überraschenden Weg, die Winkelscheibe aus einem gehärteten Metall zu fertigen. Nach bisheriger Meinung der Fachwelt war die Anlaufscheibe aus eher weichem Material zu fertigen, um so ein Anlaufen des Nadellagers dämpfen zu können. Durch ein eher weiches Material wird aber ein Aufschrauben und ein Aufkanten der Anlaufscheibe begünstigt, was letztlich zu einer Beschädigung der Dichtscheibe führt. Durch die Wahl eines gehärteten Metalls wird dieser Nachteil nun überwunden. Als Material für die Anlaufscheibe kommt insbesondere ein gehärteter Stahl zum Einsatz. Die Härtung kann beispielsweise durch eine spezielle Legierungszusammensetzung unter Beachtung des Kohlenstoffanteils geschehen. Es ist aber auch vorstellbar, die Anlaufscheibe oberflächlich, beispielsweise durch eine Nitridierung oder Karbonisierung, zu härten.
Bevorzugterweise ist die Winkelscheibe weiter aus einem phosphatierten Metall gefertigt. Zum einen erhöht eine solche Phosphatierung die Umformbarkeit des eingesetzten Metalls, wie insbesondere Stahl. Zum anderen wird hierdurch ein Korrosionsschutz und eine Verschleißminderung erzielt.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Dichtscheibe eine Randarmierung auf, an der sich die Winkelscheibe axial abstützt. Wie vorbeschrieben ist die Erfindung dabei nicht darauf eingeschränkt, dass die Dichtscheibe an ihrem äußeren Rand zur Lagerhülse hin die Randarmierung aufweist. Vielmehr wird durch die Erfindung auch die Ausgestaltung mit umfasst, gemäß der die Dichtscheibe der zu lagernden Welle aufgesetzt ist und hierbei gegen die Welle eine Randarmierung aufweist. Die axiale Abstützung der Winkelscheibe gegenüber der Randarmierung der Dichtscheibe geschieht besonders bevorzugt über den abgewinkelten Randbereich. Durch diese Ausgestaltung ist der radial ausgerichtete Teil der Winkelscheibe gegenüber der Dichtscheibe definiert beabstandet.
Vorteilhafterweise umfasst die Lagerhülse endseitig eine Einbördelung, an der sich die Dichtscheibe axial abstützt. Bei dieser Ausgestaltung, gemäß der die Dichtscheibe sicher an der Lagerhülse gehalten ist, stützt sich bevorzugt auch die Winkelscheibe an einer Armierung der Dichtscheibe ab. Sowohl die Winkelscheibe als auch die Dichtscheibe sind somit insgesamt sicher in der Lagerhülse gehalten.
Bevorzugterweise umfasst die Lagerhülse einen ersten Axialbereich zur Aufnahme der Welle, einen zweiten Axialbereich zur Aufnahme des Nadellagers und einen dritten Axialbereich zur gemeinsamen Aufnahme der Winkelscheibe und der Dichtscheibe. Der erste Axialbereich kann insbesondere zur Aufnahme des Schmiermittels ausgebildet sein. Im dritten Axialbereich sind die Winkelscheibe und die Dichtscheibe gemeinsam gehalten.
Weiter zweckmäßig weist der erste Axialbereich einen geringeren Innendurchmesser als der zweite Axialbereich, und der zweite Axialbereich einen geringeren Innendurchmesser als der dritte Axialbereich auf. Durch diese insgesamt stufige Ausführung der Lagerhülse werden definierte, voneinander getrennte Aufnahmebereiche geschaffen. Insbesondere kann sich das Nadellager nicht in den ersten Axialbereich hinein bewegen. Die Winkelscheibe ist durch den verringerten Innendurchmesser des zweiten Axialbereichs axial gegen das Nadellager gesichert.
Grundsätzlich ist es möglich, das Nadellager vollrollig, d. h. mit freien Nadeln auszugestalten. Zur sicheren und definierten Führung der Nadeln und somit der Welle ist aber vorteilhafterweise ein Nadelkäfig umfasst.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Dichtscheibe zwei radial nach innen gerichtete Dichtlippen, wobei sich eine der Dichtlippen axial bis in das Innere der Winkelscheibe erstreckt. Durch diese Ausgestaltung wird eine sichere Dichtung gegen die Welle erzielt. Die Dichtscheibe ist hierbei beispielsweise kraftschlüssig in die Lagerhülse eingesetzt. Dadurch, dass sich eine der Dichtlippen axial bis in das Innere der Winkelscheibe erstreckt, kann zum einen Armierungsmaterial für die Dichtscheibe eingespart werden. Zum anderen wird bei einer derartigen Ausgestaltung der axiale Bauraum des Wälzlagers durch die Ausführung der Anlaufscheibe als Winkelscheibe nicht vergrößert.
In einer weiter bevorzugten Variante ist das Wälzlager im Ganzen, d. h. einschließlich der Lagerhülse, der Nadeln und der Winkelscheibe gehärtet, wobei die gegebenenfalls vorgesehene Einbördelung angelassen ist. Obschon durch eine solche Härtung, beispielsweise durch eine Karbonisierung oder Nitridierung, die an sich bereits gehärteten Nadeln eine gewisse Einbuße an Härte erfahren, beeinträchtigt dies nicht den Einsatz der Lagerhülse als ein Pilotlager, da die geforderten Materialeigenschaften nach wie vor ausreichend sind. Durch das Anlassen wird eine Umformbarkeit der Lagerhülse zur Ausbildung der Einbördelung erzielt.
Zweckmäßigerweise ist am der Dichtscheibe abgewandten Ende der Lagerhülse ein Lagerboden umfasst. Ein solches Wälzlager ist dann zum Lagern eines Wellenendes vorgesehen und somit insbesondere für einen Einsatz als Pilotlager bzw. zur Lagerung einer ersten Welle in einer zweiten Welle prädestiniert.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige 1 ein Wälzlager zur schmiermitteldichten Lagerung einer Welle in einem Schnitt durch die Wellenachse
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
In 1 ist ein Wälzlager 1 in einem Querschnitt dargestellt. Die Schnittebene umfasst dabei eine Wellenachse 2 einer durch das Wälzlager 1 zu lagernden, nicht dargestellten Welle.
Das Wälzlager 1 umfasst eine aus Blech gefertigte Lagerhülse 3, in welche ein Nadellager 4 zur Führung der Welle und eine Dichtscheibe 5 zur Abdichtung der Welle eingesetzt sind. Das Nadellager 4 ist hierbei axial in der Lagerhülse 3 verschiebbar. Zwischen dem Nadellager 4 und der Dichtscheibe 5 ist in die Lagerhülse 3 weiter eine Anlaufscheibe 6 angeordnet, die ein Auflaufen des Nadellagers 4 gegen die Dichtscheibe 5 verhindert. Die Anlaufscheibe 6 ist als eine am äußeren Rand abgewinkelte Winkelscheibe 7 ausgebildet. Die Anlaufscheibe 6 weist eine zentrale Bohrung zur Durchführung der Welle auf. Sowohl die Dichtscheibe 5 als auch die Winkelscheibe 7 sind mit der Lagerhülse 3 mittels eines Presssitzes kraftschlüssig verbunden.
Die Lagerhülse 3 weist einen ersten Axialbereich 8 zur Aufnahme eines Wellenendes, einen zweiten Axialbereich 9, in dem das Nadellager 4 geführt ist, und einen dritten Axialbereich 10 auf, in welchem die Winkelscheibe 7 und die Dichtscheibe 5 gemeinsam gehalten sind. Der erste Axialbereich 8 ist gegen über dem zweiten Axialbereich 9 verjüngt und weist insbesondere einen geringeren Innendurchmesser auf. Ein Wandern des axial verschiebbaren Nadellagers 4 in Richtung zum ersten Axialbereich 8 ist hierdurch verhindert. Man erkennt deutlich die sich zwischen dem ersten Axialbereich 8 und dem zweiten Axialbereich 9 ergebende Gehäusestufe 11. Der zweite Axialbereich 9 weist einen Innendurchmesser auf, der kleiner ist als der Innendurchmesser des dritten Axialbereichs 10. Im Innenraum der Lagerhülse 3 entsteht hierdurch eine Stufe 12, so dass die Winkelscheibe 7 nicht in den zweiten Axialbereich 9 eindringen kann. Im dritten Axialbereich 10 sind die Winkelscheibe 7 und die Dichtscheibe 5 gemeinsam gehalten, wobei sich die Winkelscheibe 7 axial gegen die Dichtscheibe 5 abstützt.
Die Lagerbüchse 3 weist weiter am ersten Axialbereich 8 einen Lagerboden 13 und am dritten Axialbereich 10 eine Einbördelung 14 auf. An der Einbördelung 14 weist die Lagerbüchse 3 zum Zwecke einer leichten Verformbarkeit die geringste Wandstärke auf. Es wird ersichtlich, dass sich die Dichtscheibe 5 und damit die Winkelscheibe 7 axial gegen die Einbördelung 14 abstützen. Ein Anlauf des Nadellagers 4 gegen die Anlaufscheibe 6 wird durch die Einbördelung 14 und somit durch das Büchsengehäuse 3 aufgefangen.
Die Dichtscheibe 5 umfasst einen aus einem elastischen Polymer oder Gummi gefertigten Dichtkörper 16, der von einer äußeren metallischen Armierung 17 gefasst ist. Über die Armierung 17 ist die Dichtscheibe 5 an der Lagerhülse 3 kraftschlüssig gehalten. Die Winkelscheibe 7 ist aus einem gehärteten Metall gefertigt und stützt sich über den abgewinkelten Randbereich 20 axial gegen die metallische Armierung 17 des Dichtkörpers 5 ab. Infolge des abgewinkelten Randbereiches 20, über die ein Presssitz gegenüber dem Büchsengehäuse 3 hergestellt ist, und durch die axiale Abstützung gegenüber der Armierung 17 der Dichtscheibe 5 ist ein Aufschrauben oder ein Aufkanten der Anlaufscheibe 6 infolge eines Anlaufens des Nadellagers 4 nicht mehr möglich. Dies wird zusätzlich dadurch verhindert, dass die Anlaufscheibe 6 aus einem gehärteten Metall, vorliegend gehärteter Stahl, gefertigt ist.
Das Nadellager 4 selbst umfasst einen umlaufenden Nadelkäfig 22, in dem die einzelnen Nadeln 23 axial ausgerichtet drehbar gehalten sind. Hierdurch wird eine sichere und spielfreie Lagerung der Welle in der Lagerhülse 3 erzielt.
Die Lagerhülse 3 ist mit Fett gefüllt und insofern abgekoppelt von einem Schmiermittelkreislauf einzusetzen. Das gezeigte Wälzlager 1 wird insbesondere als ein Pilotlager eingesetzt, wobei die Lagerhülse 3 in eine Kurbelwelle eingebracht ist und zur Lagerung der Getriebeeingangswelle dient.
Zur Abdichtung des Innenraums der Lagerhülse 3 nach außen weist die Dichtscheibe 5 eine erste Dichtlippe 25 und eine zweite Dichtlippe 26 auf. Die erste Dichtlippe 25 ist dabei bis in das Innere der Winkelscheibe 7 hineingezogen. Trotz Ausbildung der Anlaufscheibe 6 als eine Winkelscheibe 7 wird somit kein zusätzlicher axialer Bauraum benötigt. Zudem braucht bei der gezeigten Ausgestaltung die Armierung 17 der Dichtscheibe 5 nicht den gesamten Dichtkörper 16 zu umfassen.

1: Wälzlager
2: Wellenachse
3: Lagerbüchse
4: Nadellager
5: Dichtscheibe
6: Anlaufscheibe
7: Winkelscheibe
8: erster Axialbereich
9: zweiter Axialbereich
10: dritter Axialbereich
11: erste Stufe
12: zweite Stufe
13: Lagerboden
14: Einbördelung
16: Dichtkörper
17: Armierung
20: Randbereich
22: Nadelkäfig
23: Nadel
25: erste Dichtlippe
26: zweite Dichtlippe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- G 8816432 U1 [0002]
- DE 3805707 A1 [0003]

Claims

Wälzlager (1) zur schmiermitteldichten Lagerung einer Welle, mit einer Lagerhülse (3), mit einer die Welle abdichtenden Dichtscheibe (5), mit einem die Welle lagernden, axial verschiebbaren Nadellager (4), und mit einer Anlaufscheibe (6), die zwischen dem Nadellager (4) und der Dichtscheibe (5) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlaufscheibe (6) als eine am Rand (20) abgewinkelte Winkelscheibe (7) ausgebildet ist.
Wälzlager (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelscheibe (7) aus einem gehärteten Metall gefertigt ist.
Wälzlager (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelscheibe (7) aus einem phosphatierten Metall gefertigt ist.
Wälzlager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtscheibe (5) eine Randarmierung aufweist, an der sich die Winkelscheibe (7) axial abstützt.
Wälzlager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerhülse (3) endseitig eine Einbördelung (14) aufweist, an der sich die Dichtscheibe (5) axial abstützt.
Wälzlager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbüchse (3) einen ersten Axialbereich (8) zur Aufnahme der Welle, einen zweiten Axialbereich (9) zur Aufnahme des Nadellagers (4) und einen dritten Axialbereich (10) zur gemeinsamen Aufnahme der Winkelscheibe (7) und der Dichtscheibe (5) umfasst.
Wälzlager (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Axialbereich (8) einen geringeren Innendurchmesser als der zweite Axialbereich (9), und der zweite Axialbereich (9) einen geringeren Innendurchmesser als der dritte Axialbereich (10) aufweist.
Wälzlager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Nadellager (4) einen Nadelkäfig (22) umfasst.
Wälzlager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtscheibe (5) zwei radial nach innen gerichtete Dichtlippen (25, 26) umfasst, wobei sich eine der Dichtlippen (25) axial bis in das Innere der Winkelscheibe (7) erstreckt.
Wälzlager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es im Ganzen gehärtet ist, wobei die gegebenenfalls vorgesehene Einbördelung (14) angelassen ist.
Wälzlager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerhülse (3) am der Dichtscheibe (5) abgewandten Ende einen Lagerboden (13) umfasst.