DE102008014974B4

DE102008014974B4 - Taumellagerung und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE102008014974B4
Application number: DE102008014974.8A
Authority: DE
Inventors: Bert Rosenheinrich; Jörg Schuh
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-03-19
Filing date: 2008-03-19
Publication date: 2016-06-23
Anticipated expiration: 2028-03-20
Also published as: DE102008014974A1

Abstract

Taumellagerung (1), beispielsweise zum Einsatz in Axial-Kolbenpumpen, umfassend wenigstens einen Taumelkörper (2) und wenigstens eine Taumelscheibe (3), welche gegenüber dem Taumelkörper (2) wälzgelagert (4) ist, wobei der Taumelkörper (2) Mittel zur unverlierbaren Halterung der Taumelscheibe (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Taumelkörper (2) ein aus umgeformtem Blech gebildeter, becher- oder topfförmiger Taumelkörper (2) mit einer umlaufenden, radialen Wandung (22) ist, dass die Wandung (22) eine radial nach innen gerichtete, umlaufende Bördelung (220) aufweist, welche die Mittel bildet und die Taumelscheibe (3) radial von außen übergreift, und dass der Taumelkörper (2) im Bodenbereich eine erste Wandstärke (s1) und im Bereich der Bördelung (220) eine zweite Wandstärke (s2) aufweist, wobei die zweite Wandstärke (s2) geringer als die erste Wandstärke (s1) ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Taumellagerung, beispielsweise zum Einsatz in Axial-Kolbenpumpen, umfassend wenigstens einen Taumelkörper und wenigstens eine Taumelscheibe, welche gegenüber dem Taumelkörper wälzgelagert ist, wobei der Taumelkörper Mittel zur unverlierbaren Halterung der Taumelscheibe aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zu Herstellung einer solchen Taumellagerung.
Hintergrund der Erfindung
Es ist allgemein bekannt, dass Taumellagerungen bevorzugt in Axialkolbenpumpen eingesetzt werden. Dies kann beispielsweise die Axialkolbenpumpe eines Hochdruckreinigungsgerätes sein. In aller Regel ist eine Taumellagerung dreiteilig aufgebaut und umfasst einen topf- oder becherförmigen Taumelkörper, der über eine Wälzlagerung drehbar mit einer Taumelscheibe in Wirkkontakt steht. Die Wälzlagerung ist zumeist als Kugellager ausgebildet, andere Bauformen (beispielsweise Rollenlager) sind jedoch auch möglich. Der Taumelkörper ist vorteilhaft beispielsweise im Tiefziehverfahren aus einer Blechplatine hergestellt. Im montierten Zustand ist der Taumelkörper mit der Antriebswelle eines Motors in geeigneter Weise drehfest verbunden und befindet sich in einem geeigneten, abgedichteten Pumpengehäuse.
Die Taumelscheibe, welche in ihrer Mitte eine mehr oder weniger große Öffnung aufweisen kann, steht im montierten Zustand mit ihrer Flächen-Orthogonalen in einem bestimmten Winkel zur Längsachse der Antriebswelle des Motors. Ferner steht die Taumelscheibe in der Regel stirnseitig mit mehreren Kolben in Wirkkontakt, wobei bei einer Rotationsbewegung der Motorantriebswelle und damit des Taumelkörpers die Flächen-Orthogonale der Taumelscheibe in eine taumelnde (oszillierende) Bewegung gebracht und die wiederum mit dieser in Wirkkontakt stehenden Axialkolben zu einer axialen, oszillierenden Bewegung gezwungen werden. Da die Axialkolben Bestandteile von zusammenwirkenden Kolben-Zylinder-Anordnungen sind, wir durch diese ein gewollter Volumenstrom des zu fördernden Mediums in Gang gesetzt. Die Rückstellung der Axialkolben zur Gewährleistung eines ständigen stirnseitigen Kontaktes mit der Taumelscheibe wird dabei zumeist über geeignete Schraubendruckfedern bewerkstelligt.
In der DE 10 2005 058 072 A1 wird eine gattungsgemäße Taumellagerung beschrieben. Deren Taumelkörper ist dabei als Umformteil aus Blech gefertigt und mit angeformten Rastnasen versehen, welche die Taumelscheibe von radial innen übergreifen und diese somit unverlierbar halten. Die Taumelscheibe ist gleichzeitig auch als Lageraußenring eines ersten Wälzlagers ausgebildet, welches zur Lagerung der Taumelscheibe gegenüber dem Taumelkörper dient. Auf der axial gegenüberliegenden Seite des Taumelkörpers ist ein zweites Wälzlager zur Lagerung des Taumelkörpers gegenüber einem Gehäuse vorgesehen, deren Lageraußenring in gleicher Weise rastend und unverlierbar mit dem Taumelkörper verbunden ist. Der Taumelkörper bildet für beide Wälzlager gleichzeitig den Lagerinnenring aus. Die so geschaffene Baueinheit ist in der Schrift als Taumelscheibengetriebe bezeichnet.
Aus der DE 10 2005 058 071 A1 ist ebenso eine als Taumelscheibengetriebe bezeichnete Baueinheit bekannt. Hierbei sind ebenfalls zwei Wälzlager zu beiden Seiten des Taumelkörpers unverlierbar an diesem gehalten. Allerdings wird die unverlierbare Halterung der Lageraußenringe, von denen einer gleichzeitig die Taumelscheibe bildet, jeweils durch Zwischenschaltung von gesonderten Lagerinnenringen bewerkstelligt, die ihrerseits rastend mit dem Taumelkörper verbunden sind. Ferner sind aus der DE 197 38 813 B4 , der DE 42 05 859 A1 und der EP 1 045 989 B1 Taumellagerungen bekannt. Diese sind jedoch nicht als Baueinheit ausgeführt und benötigen daher einen etwas erhöhten Montageaufwand im Einsatzfall. Weiterhin besitzen alle bekannten Taumellagerungen keinerlei Dichtungsmittel zum Abdichten der Wälzkörperlaufbahnen.
Die DE 23 46 969 A1 offenbart eine Axial-Kolbenmaschine mit einer Taumelrotationsscheibe und einem Taumelring, die jeweils mit einer Wälzkörperlauffläche zur Ausbildung eines Kugellagers ausgestattet sind. Eine Sicherung dieser und weiterer Bauteile erfolgt mittels eines Sprengrings.
Die DE 10 2004 028 042 B4 beschreibt eine Lageranordnung für eine Axialkolbenpumpe mit einem Taumelkörper, der durch zwei Lagerringe gebildet wird, die mittels eines spritzgegossenen Kunststoffkörpers miteinander verbunden sind. Am Kunststoffkörper sind Dichtelemente angeordnet, die eine Taumelscheibe übergreifen.
Die DE 91 12 170 U1 offenbart eine Taumelscheiben-Lagerung mit einem Taumelkörper in Form einer Schale und einem Taumelscheibe. Der Käfig des Wälzlagers ist der zwischen der Schale und der Taumelscheibe angeordnet ist, ist mit angeformten axialen Vorsprüngen vershen, die die Taumelscheibe übergreifen.
Aufgabe der Erfindung
Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe zu Grunde, eine gattungsgemäße Taumellagerung bereitzustellen, die als eine verliersichere Einheit besonders einfach aufgebaut ist und die Voraussetzung für eine gute Dichtfunktion besitzt. Weiterhin soll ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Taumellagerung bereitgestellt werden.
Beschreibung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass mit vergleichsweise einfachen Mitteln eine kompakte und für den Kunden montagefreundliche Taumellagerungseinheit realisiert werden kann.
Die Erfindung geht gemäß den Merkmalen des Hauptanspruchs daher aus von einer Taumellagerung, beispielsweise zum Einsatz in Axial-Kolbenpumpen, umfassend wenigstens einen Taumelkörper und wenigstens eine Taumelscheibe, welche gegenüber dem Taumelkörper wälzgelagert ist, wobei der Taumelkörper Mittel zur unverlierbaren Halterung der Taumelscheibe aufweist, wobei der Taumelkörper ein aus umgeformtem Blech gebildeter, becher- oder topfförmiger Taumelkörper mit einer umlaufenden, radialen Wandung ist, wobei die Wandung eine radial nach innen gerichtete, umlaufende Bördelung aufweist, welche die Mittel bildet und die Taumelscheibe radial von außen übergreift, und dass der Taumelkörper im Bodenbereich eine erste Wandstärke und im Bereich der Bördelung eine zweite Wandstärke aufweist, wobei die zweite Wandstärke geringer als die erste Wandstärke ist.
Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, dass die Mittel die Taumelscheibe von radial außen übergreifen. Durch diese Konstruktion wird erreicht, dass die Bauteile der Taumellagerung einfach, kompakt sowie verliersicher zu einer Baueinheit zusammengebaut werden können. Zudem weist eine solche Taumellagerung die baulichen Voraussetzungen für eine vergleichsweise gute Dichtfunktion auf. Die hier eingesetzten Taumelkörper, die in bekannter Weise becher- bzw. topfförmig ausgebildet sind, können so nach nur geringfügigen Modifikationen die gewünschte Haltefunktion der Taumelscheibe übernehmen.
Um die Herstellung der Bördelung weiter zu erleichtern und um gleichzeitig zu einer Materialeinsparung zu gelangen, ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass der Taumelkörper im Bodenbereich eine erste Wandstärke und im Bereich der Bördelung eine zweite Wandstärke aufweist, wobei die zweite Wandstärke geringer als die erste Wandstärke ist.
Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen oder Ausgestaltungen der Erfindung.
Gemäß einer ersten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Bördelung so ausgebildet ist, dass diese gegenüber der Taumelscheibe auch eine dichtende Wirkung aufweist. Dadurch ist die Baueinheit besonders gut in Zusammenhang mit einer Fettschmierung nutzbar, die vor allem dann gewählt werden kann, wenn nur keine extrem lange Gebrauchsdauer gefordert wird. Der Einsatz einer Schmierung im Ölbad, mit der dann notwendigen und aufwendigen Abdichtung des Pumpengehäuses kann somit entfallen, was zu Kostenvorteilen führt.
Erfindungsgemäß ist die Bördelung als umlaufende Bördelung ausgeführt. Diese kann sehr leicht hergestellt werden und weist zudem eine, einer Labyrinthdichtung vergleichbare Wirkung auf.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Taumelkörper einen Boden mit einer Wälzkörperlaufbahn und eine Öffnung im Boden auf. Weiterhin hat es sich bewährt, wenn die Taumelscheibe eine weitere Wälzkörperlaufbahn und eine zentrische Öffnung aufweist
Zur weitgehend verschleißfreien Drehbeweglichkeit der Taumelscheibe sowie zu Verbesserung der Dichtungseigenschaften der radial nach innen umgebogenen Bördelung kann vorgesehen sein, dass die Taumelscheibe an ihrer wälzkörperfernen radialen Außenseite eine umlaufende Anschrägung aufweist, die den Freigang der Taumelscheibe gegenüber der umgebogenen Bördelung optimiert und einen längeren Weg für die durch die Taumelscheibe und die Bördelung gebildete randseitige Labyrinthdichtung schafft.
Schließlich kann zur Reduzierung der Herstellkosten und zur Erhöhung der Tragzahl einer erfindungsgemäßen Taumellagerung vorgesehen sein, dass diese Taumellagerung vollkugelig, also ohne Wälzkörperkäfig ausgebildet ist.
Die Aufgabe wird für das Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Taumellagerung mit folgenden Schritten gelöst:

– Bereitstellen des ungebördelten Taumelkörpers mit Wälzkörpern im Bereich seiner Wälzkörperlaufbahn,
– Axiales Hineindrücken der Taumelscheibe in den ungebördelten Taumelkörper mit der weiteren Wälzkörperlaufbahn der Taumelscheibe auf die Wälzkörper, bis die Wandung die Taumelscheibe radial umgibt und übergreift, und
– Ausbilden der radial nach innen gerichteten, die Taumelscheibe umlaufenden Bördelung am Taumelkörper.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäß ausgebildeten Taumellagerung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die einzige Figur eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Taumellagerung im Längsschnitt.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In der einzigen Figur ist demnach eine Taumellagerung 1 dargestellt, welche einen topf- bzw. becherförmigen Taumelkörper 2 mit einer umlaufenden, radialen Wandung 22 und eine mit diesem über ein durch kugelförmige Wälzkörper 5 gebildetes Wälzlager 4 drehbar in Wirkkontakt befindlichen Taumelscheibe 3 umfasst. Die Taumelscheibe 3 und das Wälzlager 4 sind von der Wandung 22 radial umgeben, wobei die Wandung 22 eine radial nach innen gerichtete, umlaufende Bördelung 220 aufweist, welche die Taumelscheibe 3 radial von außen übergreift. Dadurch werden die Wälzkörper 5 und die Taumelscheibe 3 unverlierbar in dem Taumelkörper 2 gehalten.
Der Taumelkörper 2 hat zudem einen Boden 20 mit einer Wanddicke s1, wobei im Boden 20 eine Öffnung 200 vorgesehen ist, die zur Befestigung des Taumelkörpers 2 an einer nicht gezeigten Antriebswelle des Motors einer Axial-Kolbenpumpe dient. Im montierten Zustand der Taumellagerung 1 dreht sich der Taumelkörper 2 um eine Rotationsachse R, die in etwa mit der Längsachse bzw. Rotationsachse der erwähnten Antriebswelle übereinstimmt. Die Taumelscheibe 3 weist eine zentrische Öffnung 30 und eine Flächen-Orthogonale O auf, wobei letztere in einem spitzen Winkel α zur Rotationsachse R steht.
Wie der Figur weiter zu entnehmen ist, weist der Taumelkörper 2 im Bereich der Bördelung 220 eine gegenüber der Wanddicke s1 reduzierte Wanddicke s2 auf. Dies erleichtert zum einen die Herstellung der Bördelung 220, zum anderen wird eine Montage der Taumellagerung 1 zu einer Baueinheit durch die damit einhergehende erhöhte Flexibilität des Taumelkörpers 2 im Bereich der Bördelung 220 erleichtert. Denn die Taumelscheibe 3 kann so vor dem Umbördeln der Bördelung 220 leicht so weit in den Taumelkörper 2 axial hineingedrückt werden, bis die Taumelscheibe 3 von der Bördelung 220 von außen radial übergriffen wird.
Die Bördelung 220 wird anschließend nicht vollständig bis an den Taumelkörper 3 herangedrückt, sondern es verbleibt ein geringes Spiel, welches einerseits ein weitgehend verschleißfreies Drehen der Taumelkörper 3 sowie andererseits eine Lagerabdichtung nach dem Labyrinthprinzip gewährleistet.
Zur Verbesserung beider Funktionen kann vorgesehen sein, dass die Taumelscheibe 3 an ihrer wälzkörperfernen radialen Außenseite eine umlaufende Anschrägung 32 mit einem Anschrägungswinkel β aufweist, die den Freigang der Taumelscheibe 3 gegenüber der umgebogenen Bördelung 220 optimiert sowie einen längeren Weg für eine durch die Taumelscheibe 3 und die Bördelung 220 gebildete randseitige Labyrinthdichtung schafft.
Der Taumelkörper 2 und die Taumelscheibe 3 bilden gleichzeitig die Lagerringe des Wälzlagers 4 und sind mit geeigneten Wälzkörperlaufbahnen 21 bzw. 31 versehen.
Im Betrieb der Taumellagerung 1 wird im Wälzlager 4 befindliches Schmierfett in Richtung von auf das Wälzlager 4 wirkenden Fliehkräften F (siehe Pfeile) nach außen gedrückt. Die Bördelung 220 wirkt dabei als Labyrinthdichtung gegen austretendes Schmierfett. Zusätzliche Dichtungen werden nicht benötigt. Allerdings ist aufgrund konstruktiver Maßnahmen eine geringe axiale Beweglichkeit der Taumelscheibe 3, vorzugsweise im Zehntel-Millimeter-Bereich, möglich. Dadurch wird eine ungehinderte Drehbarkeit der Taumelscheibe 3 gegenüber dem Taumelkörper 2 gewährleistet.
Weiterhin ist erkennbar, dass aufgrund der möglichen unverlierbaren Halterung von den Wälzkörpern 5 und der Taumelscheibe 3 kein Lagerkäfig benötigt wird. Durch die somit mögliche vollkugelige Ausbildung der Taumellagerung 1 können ca. 20% mehr Wälzkörper 5 verbaut werden, was zu einer höheren Tragzahl und im Betrieb auch zu einer besseren Lastverteilung der auf die Taumelscheibe 3 wirkenden Kräfte der Axialkolben (nicht gezeigt) führt.
Bezugszeichenliste

1: Taumellagerung
2: Taumelkörper
20: Boden des Taumelkörpers
200: Öffnung im Boden des Taumelkörpers
21: Wälzkörperlaufbahn des Taumelkörpers
22: Umlaufende, radiale Wandung des Taumelkörpers
220: Umlaufende Bördelung der Wandung
3: Taumelscheibe
30: Öffnung der Taumelscheibe
31: Wälzkörperlaufbahn der Taumelscheibe
32: Anschrägung der Taumelscheibe
4: Wälzlager
5: Wälzkörper
F: Auf die Wälzkörper wirkenden radialen Fliehkräfte
O: Flächen-Orthogonale der Taumelscheibe
R: Rotationsachse des Taumelkörpers
s1: Wanddicke des Taumelkörpers im Bodenbereich
s2: Wanddicke des Taumelkörpers im Bereich der Bördelung
α: Winkel zwischen Flächen-Orthogonalen O und Rotationsachse R
β: Anschrägungswinkel der Taumelscheibe

Claims

Taumellagerung (1), beispielsweise zum Einsatz in Axial-Kolbenpumpen, umfassend wenigstens einen Taumelkörper (2) und wenigstens eine Taumelscheibe (3), welche gegenüber dem Taumelkörper (2) wälzgelagert (4) ist, wobei der Taumelkörper (2) Mittel zur unverlierbaren Halterung der Taumelscheibe (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Taumelkörper (2) ein aus umgeformtem Blech gebildeter, becher- oder topfförmiger Taumelkörper (2) mit einer umlaufenden, radialen Wandung (22) ist, dass die Wandung (22) eine radial nach innen gerichtete, umlaufende Bördelung (220) aufweist, welche die Mittel bildet und die Taumelscheibe (3) radial von außen übergreift, und dass der Taumelkörper (2) im Bodenbereich eine erste Wandstärke (s1) und im Bereich der Bördelung (220) eine zweite Wandstärke (s2) aufweist, wobei die zweite Wandstärke (s2) geringer als die erste Wandstärke (s1) ist.
Taumellagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bördelung (220) so ausgebildet ist, dass diese gegenüber der Taumelscheibe (3) auch eine dichtende Wirkung aufweist.
Taumellagerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Taumelkörper (2) einen Boden (2) mit einer Wälzkörperlaufbahn (21) und eine Öffnung (200) im Boden (2) aufweist.
Taumellagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Taumelscheibe (3) eine weitere Wälzkörperlaufbahn (31) und eine zentrische Öffnung (30) aufweist.
Taumellagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Taumelscheibe (3) an ihrer wälzkörperfernen radialen Außenseite eine umlaufende Anschrägung (32) aufweist, die den Freigang der Taumelscheibe (3) gegenüber der Bördelung (220) optimiert und einen längeren Weg für eine durch die Taumelscheibe (3) und die Bördelung (220) gebildete randseitige Labyrinthdichtung schafft.
Taumellagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Taumellagerung (1) vollkugelig, also ohne Wälzkörperkäfig ausgebildet ist.
Verfahren zur Herstellung einer Taumellagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit folgenden Schritten: – Bereitstellen des ungebördelten Taumelkörpers (2) mit Wälzkörpern (5) im Bereich seiner Wälzkörperlaufbahn (21), – Axiales Hineindrücken der Taumelscheibe (3) in den ungebördelten Taumelkörper (2) mit der weiteren Wälzkörperlaufbahn (31) der Taumelscheibe (3) auf die Wälzkörper (5), bis die Wandung (22) die Taumelscheibe (3) radial umgibt und übergreift, und – Ausbilden der radial nach innen gerichteten, die Taumelscheibe (3) umlaufenden Bördelung (220) am Taumelkörper (2).