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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Ausrücklager mit einem inneren Lagerring und einem relativ zu dem inneren Lagerring um eine zentrale Drehachse drehbaren äußeren Lagerring, wobei zwischen den beiden Lagerringen ein Lagerinnenraum mit einer Anzahl Wälzkörper ausgebildet ist, und wobei zur Abdichtung des Lagerinnenraums zwischen den beiden Lagerringen ein Dichtelement vorgesehen ist, welches an einem der beiden Lagerringe befestigt ist.
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Hintergrund der Erfindung
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Ein Ausrücklager ist das Verbindungsglied zwischen der rotierenden Kupplungsdruckplatte auf der Motorseite und dem feststehenden Ausrückmechanismus auf der Getriebeseite. Das Ausrücklager dient der Kraftübertragung von einer Ausrückgabel auf eine sich drehende Tellerfeder.
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Um einerseits ein Abschleudern von Schmiermittel zu verhindern und andererseits das Eindringen von Fremdkörpern, Verunreinigungen und Flüssigkeiten wie Wasser zu vermeiden, müssen das Ausrücklager bzw. der zwischen dem inneren Lagerring und dem äußeren Lagerring befindliche Lagerinnenraum durch die Verwendung von Dichtelementen abgedichtet werden. Entweder die Dichtelemente tragen Dichtlippen, die im berührenden Kontakt mit einer rotierenden Dichtfläche stehen, oder die Dichtelemente selbst bilden berührungslose Spalt- bzw. Labyrinthdichtungen. Dichtelemente für Dichtungen des berührenden Typs sind in der Regel aus dem Dichtungsträger für eine oder mehr Dichtlippen. Der Dichtungsträger ist aus einem Metallblech. Die Dichtlippen sind aus Elastomeren.
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In der
DE 103 11 207 A1 ist ein Ausrücklager der vorgenannten Art offenbart. Das Ausrücklager ist als ein Schrägschulterlager mit einem inneren Lagerring und einem umlaufenden äußeren Lagerring ausgebildet. Zwischen den beiden Lagerringen sind Wälzkörper in einem Käfig eingesetzt. Zur Abdichtung des Lagerinnenraums ist ein als Abdichtkappe ausgebildetes Dichtelement vorgesehen, welches formschlüssig am äußeren Lagerring befestigt ist. Hierzu weist die Abdichtkappe einen zylindrischen Bund auf, der mit einem Endabschnitt radial nach innen gebördelt und dabei der Außenkontur des äußeren Lagerringes angepasst ist. Die Abdichtkappe ist spanlos als ein Tiefziehteil hergestellt, welches am Dichtspalt zusätzlich durch eine nachträglich eingebrachte elastisch aushärtende Dichtmasse abgedichtet ist.
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Diese Dichtmasse gewährleistet zwar eine sichere Abdichtung gegenüber der Umgebung. Ihr Einbringen führt jedoch zu einem erhöhten Herstellungs- und Montageaufwand und damit vermehrten Kosten.
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Aufgabe der Erfindung
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Es ist demnach eine Aufgabe der Erfindung, ein Ausrücklager anzugeben, welches unter Aufrechterhaltung seiner Funktion gegenüber dem Stand der Technik vereinfacht und kostengünstig herzustellen ist.
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Lösung der Aufgabe
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Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Ausrücklager mit der Merkmalskombination gemäß Anspruch 1.
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Demnach umfasst das Ausrücklager einen inneren Lagerring und einen relativ zu dem inneren Lagerring um eine zentrale Drehachse drehbaren äußeren Lagerring, wobei zwischen den beiden Lagerringen ein Lagerinnenraum mit einer Anzahl Wälzkörper ausgebildet ist. Zwischen den beiden Lagerringen ist zur Abdichtung des Lagerinnenraums wenigstens ein Dichtelement vorgesehen, welches wenigstens an einem der beiden Lagerringe befestigt ist. Das Dichtelement ist hierbei aus einem Kunststoff ausgebildet.
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Hierbei berücksichtigt die Erfindung, dass zur Gewährleistung einer fehlerfreien Funktion eines Ausrücklagers der Lagerinnenraum gegenüber von außen eintretenden Verunreinigungen und eventueller Leckage mittels berührenden oder Spaltdichtungen abgedichtet sein muss. Durch eine gute Abdichtung kann ein Schmierstoffaustritt aus dem Lagerinnenraum verhindert werden, was sich positiv auf die Lebensdauer des Ausrücklagers auswirkt.
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Üblicherweise werden für Spaltdichtungen oder für berührende Dichtungen Dichtelemente verwendet, die aus einem metallischen Werkstoff, wie einem Stahl gefertigt sind. Derartige Dichtelemente sind hitzebeständig und können dementsprechend den in einem Ausrücklager vorherrschenden Temperaturen standhalten. Als günstiges Herstellungsverfahren wird üblicherweise ein Tiefzieherfahren zur Herstellung der Dichtelemente wie Dichtscheiben, Dichtungsträgern und Kappen der Dichtungen verwendet. Dabei sind jedoch der Geometrie der Dichtelemente Grenzen gesetzt.
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Weiterhin ist die Anbringung bzw. die Befestigung eines metallischen Dichtelements an einem Lagerring mit Aufwand verbunden. Zum einen muss der Lagerring für einen festen Sitz des metallischen Dichtelements eine spezifische Befestigungsfläche zur Verfügung stellen. Diese Befestigungsfläche, die beispielsweise auf dem Innenumfang des Lagerrings ausgebildet ist, muss hierzu nach der Fertigung des Lagerrings beispielsweise durch Schleifen zusätzlich eingearbeitet werden. Darüber hinaus ist es möglich, dass derartige Dichtelemente aus Stahl durch Sensorik oder andere magnetischen Quellen magnetisiert werden und metallischen Abrieb anziehen. Dieser kann dann unter Umständen die Dichtung beschädigen oder ins Lagerinnere gelangen.
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Zum Aufsetzen des metallischen Dichtelements ist weiter ein Pressvorgang nötig, wobei sich das Dichtelement und insbesondere die aus Blech hergestellten Lagerringe plastisch, also irreversibel verformen können, was gegebenenfalls zu einer Zerstörung des Käfigs und der Wälzkörper führen kann.
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Die Erfindung erkennt nun, dass durch die Verwendung eines Dichtelements aus einem Kunststoff die zuvor beschriebenen Probleme umgangen werden können. Das Dichtelement aus Kunststoff kann aufgrund des vergleichsweise zum Stahl besseren elastischen Verhaltens einfach auf das Wälzlager aufgeschoben werden. Ist das Dichtelement ein Träger für Dichtlippen ist dieses im Vergleich zur Dichtlippe geringer elastisch. Ein separater Pressvorgang zur Befestigung ist nicht notwendig. Eventuell auftretende Verformungen werden ausgeglichen oder sind sogar erwünscht. Dementsprechend treten Fehler in der Positionierung und somit ein falscher Sitz des Dichtelements nicht mehr auf. Weiterhin kann das Dichtelement aus Kunststoff in vielfältigen Geometrien einfach und kostengünstig hergestellt werden. Beispielsweise ist hierzu ein Spritzgießen geeignet. Insbesondere können leicht Halteelemente wie Zapfen, Stege, Laschen, Rastnasen oder dergleichen angeformt werden. Diese ermöglichen eine einfache Befestigung an den Lagerringen. Im Falle des Magnetisierungsproblem kann auf den Einsatz von teuren amagnetischen Metallen verzichtet werden.
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Das Dichtelement ist insbesondere an einem Lagerring befestigt und unter Einhaltung des Ringspalts bis an den zugehörigen weiteren Lagerring heran geführt. Der Lagerinnenraum kann in axialer Richtung beidseitig durch ein Dichtelement abgedichtet sein. Diese Variante bietet aufgrund der beidseitigen Abdichtung einen im Wesentlichen vollständigen Schutz des Lagerinnenraums in einem schmutzintensiven Umfeld. Auch wird ein Abschleudern von Schmiermittel sicher verhindert. Weiterhin ist eine doppelte Abdichtung des Ausrücklagers in Form einer Vordichtung und einer Hauptdichtung denkbar, die sich beide an einer Seite des Ausrücklagers befinden. Diese Ausführungsform bietet bei niedriger Dichtungsreibung eine hohe Dichtwirkung auch bei starker Schmutzwasserbeaufschlagung.
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Da das Dichtelement im Betrieb eines Ausrücklagers besonders hohen Belastungen und Temperaturen ausgesetzt ist, ist der Kunststoff, beispielsweise thermoplastischer Kunststoff, insbesondere hoch-temperaurbeständig.
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Um das Dichtelement einfach und sicher an einem Lagerring positionieren zu können, weist das Dichtelement in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung eine Anzahl von Zapfen zur Befestigung an einem Lagerring auf. Die Zapfen können bereits bei der Herstellung des Dichtelements direkt mit diesem hergestellt werden. Beispielsweise kann dies bei einem Spritzgießen besonders einfach durch die Verwendung einer Gussform mit vorgeformten Vertiefungen an den vorgesehen Stellen innerhalb der Form umgesetzt werden. Die Zapfen dienen insbesondere dem Eingriff in dazu gehörige Vertiefungen bzw. Öffnungen eines Lagerrings. Der Lagerring und das Dichtelement können so in einer vorgebebenen Position, beispielsweise auch im Sinne einer Vormontage, miteinander verbunden werden und anschließend zum Beispiel irreversibel aneinander befestigt werden
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In einer entsprechend vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest einer der beiden Lagerringe, insbesondere an einem sich radial nach innen erstreckenden Bund, mit einer Anzahl von Öffnungen zur Aufnahme der Zapfen ausgebildet. Die Zapfen des Dichtelements greifen nach dem Aufschieben auf den Lagerring in die Öffnungen des Lagerrings ein. Die beiden Bauteile sind dementsprechend zumindest vorläufig aneinander befestigt.
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Bevorzugt ist das Dichtelement als ein Dichtring ausgebildet. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine einfache Anbringung an einen Lagerring. Das Dichtelement kann beispielsweise einfach auf den Lagerring aufgeschoben werden. Grundsätzlich ist jedoch auch jede andere Form denkbar, die den Anforderungen genügt. Hierbei sind beispielsweise auch Abdichtkappen mit einem Bund denkbar, die einen Lagerring teilweise umschließen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung verrasten die Zapfen des Dichtelements in den Öffnungen des Lagerrings. Durch eine derartige Rastverbindung sind Bauteile auf einfache und schnelle Art miteinander verbindbar. Bei Rastverbindungen verformt sich ein Bauteil elastisch und verhakt anschließend lösbar oder unlösbar. Demgemäß werden die Zapfen des Dichtelements in die Öffnungen im Lagerring hineingeschoben, und verrasten innerhalb der Öffnungen. Die Verbindung kann dabei von fester oder beweglicher Gestalt sein.
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Zum Erreichen einer irreversiblen Befestigung sind das Dichtelement und der Lagerring vorteilhafterweise derart miteinander verbunden, dass die Öffnungen jeweils eine Verjüngung aufweisen. Die Verjüngung innerhalb der Öffnungen kann beispielsweise durch einen Radiensprung oder auch als eine Abschrägung innerhalb der Öffnung ausgebildet sein, wobei insbesondere jede Verjüngung von jeweils einem Zapfen hintergriffen wird. So ist ein Lösen von Dichtelement und Lagerring verhindert. Die Zapfen sind bevorzugt durch ein Verstemmen oder Verschweißen in den Öffnungen befestigt. Durch ein Verstemmen wird beispielsweise eine form- und auch kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Dichtelement und dem Lagerring durch plastische Verformung hergestellt. Diese Verformung des Randbereiches zumindest eines der Bauteile bedingt, dass sie sich unlösbar ineinander verkeilen. Zum Verstemmen eignen sich Materialien, die sich plastisch verformen lassen, wie insbesondere ein Kunststoff. Es lassen sich durch ein Verstemmen auch unterschiedliche Werkstoffe zusammenfügen.
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Ein Ultraschallschweißen bietet ebenfalls die Möglichkeit einer unlösbaren Verbindung von Bauteilen unter Anwendung von Wärme oder Druck. Beim Ultraschallschweißen, welches sich hauptsächlich für Kunststoffe eignet, muss der Kunststoff an der Schweißstelle durch Zuführen von Wärme aufgeschmolzen bzw. erweicht werden. Hochfrequente mechanische Schwingungen verursachen beim Ultraschall-Schweißen Molekular- und Grenzflächenreibung in der Fügezone. Dabei entsteht die zum Schweißen notwendige Wärme und das Material wird plastifiziert, also gewissermaßen fließfähig gemacht. Hierdurch verteilt sich das Material in dem für ihn zugänglichen Raum. Nach der Ultraschall-Einwirkung wird durch kurze Abkühlzeiten unter Beibehaltung des Fügedrucks schließlich eine homogene Verfestigung der Fügezone erreicht. Das Verfahren ist durch sehr geringe Schweißzeiten und hohe Wirtschaftlichkeit gekennzeichnet.
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Grundsätzlich ist diese Anwendung für Lagerringe aus Blech mit verschiedenen Materialien geeignet. Insbesondere sind der äußere Lagerring und/oder der innere Lagerring als ein Blechformteil gefertigt. Dabei ist insbesondere eine Kaltumformung eine kostengünstige Fertigungsvariante.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 ein Ausrücklager in einem Querschnitt mit einem Dichtelement,
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2 ein als Dichtring ausgebildetes Dichtelement mit einer Anzahl von Zapfen,
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3 einen Lagerring mit einer Anzahl von Öffnungen zur Aufnahme der Zapfen des Dichtelements,
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4 einen durch Kompression an einem Lagerring befestigten Dichtring,
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5 einen mittels Ultraschall-Schweißen an dem Lagerring befestigten Dichtring, und
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6 einen durch ein Verrasten an dem Lagerring befestigten Dichtring.
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Gleiche Komponenten in den einzelnen Ausführungsbeispielen erhalten nachfolgend dieselben Bezugszeichen.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
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1 zeigt ein Ausrücklager 1 mit einem drehstarr angeordneten inneren Lagerring 3 und einem relativ zu diesem um eine zentrale Drehachse drehbaren äußeren Lagerring 5 im Querschnitt. Zwischen den Lagerringen 3, 5 ist ein Lagerinnenraum 7 gebildet. Innerhalb des Lagerinnenraums 7 sind Kugeln als Wälzkörper 9 eingesetzt. Die Wälzkörper 9 sind durch einen Käfig 11 in gleichem Abstand zueinander gehalten. Beide Lagerringe 3, 5 sind als Blechumformteile gefertigt.
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Zur Abdichtung des Lagerinnenraums 7 ist auf der von der Getriebeeingangswelle abgewandten Seite ein Dichtelement 15 vorgesehen, welches drehstarr an dem äußeren Lagerring 3 befestigt ist. Auf der der Getriebeeingangswelle zugewandten Seite ist ebenfalls ein Dichtelement angebracht, welches aus einer statischen Dichtkomponente 17 und einer Dichtlippe 19 besteht. Die statische Dichtkomponente 17 ist drehfest mit dem äußeren Lagerring 5 verbunden und dichtet so den Lagerinnenraum 7 zuverlässig gegen Verschmutzungen ab. Die Dichtlippe 19 dichtet den Lagerinnenraum 7 im Wesentlichen in radialer Richtung dynamisch gegenüber der Dichtungslaufbahn 21 am inneren Lagerring 3 ab. Die Getriebeeingangswelle ist jedoch in 1 nicht gezeigt.
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Das Dichtelement 15, welches an der der Getriebeeingangswelle abgewandten Seite angebracht ist, ist als Spaltdichtung ausgebildet, die bis auf einen Ringspalt 23 an den inneren Lagerring 3 geführt ist. Das Dichtelement ist aus einem temperaturbeständigen Kunststoff mittels eines Spritzgießverfahrens gefertigt. Er weist eine Anzahl von Zapfen 25 auf, die über seinen Umfang verteilt sind. Die Zapfen 25 sind in Öffnungen 27 des äußeren Lagerings 5 eingebracht und beide Bauteile 5, 15 formschlüssig durch ein Verstemmen der Zapfen 25 gegen eine Verjüngung 28 in der Öffnung 27 miteinander verbunden. Aufgrund der Querschnittsdarstellung sind jeweils nur ein Zapfen 25 und eine Öffnung 27 zu sehen.
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Zum Verstemmen wird ein Stempel verwendet, dessen Spitze in das vordere Ende des Zapfens 25 gedrückt wird und diesen auseinanderrückt. Die Spitze des Stempels ist vorgewärmt. Nach der Entfernung des Stempels besteht eine form- und kraftschlüssige Verbindung zwischen den Zapfen 25 und den Öffnungen 27 des Lagerrings 5, bzw. dem Lagerring 5 selbst.
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In 2 ist ein als Dichtring ausgebildetes Dichtelement 15 aus Kunststoff gezeigt, wie es in 1 innerhalb des Ausrücklagers 1 eingesetzt ist. Der Dichtring 15 hat einen sich in radialer Richtung verjüngenden Querschnitt und ist mit drei Zapfen 25 ausgebildet. Die Zapfen 25 sind im gleichen Abstand zueinander auf dem Außenumfang des Dichtrings 15 angeordnet. Die Zapfen 25 dienen dem Eingriff in die Öffnungen 27 des Lagerrings 5, wodurch die beiden Bauteile 5, 15 im zusammengebauten Zustand miteinander verbunden sind.
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Ein zur Befestigung des Dichtrings entsprechend 2 geeigneter separater Lagerring 5 ist in 3 zu sehen. Der Lagerring 5 weist drei Öffnungen 27 auf, die an seinem sich radial nach innen erstreckenden Bund 29 eingebracht sind. Die Öffnungen 27 sind wie auch die Zapfen 25 des Dichtrings 15 im gleichen Abstand voneinander auf dem Außenumfang des Lagerrings 5 eingebracht sind. In diesem Fall kann demnach der Dichtring 15 gemäß 2 an einem Lagerring gemäß 3 angebracht werden, um eine Vorbefestigung der beiden Komponenten aneinander zu erreichen. Zur abschließenden Befestigung können verschiedene Möglichkeiten in Betracht gezogen werden.
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Die 4 bis 6 zeigen jeweils eine mögliche Befestigung des Dichtrings 15 an dem Lagerring 5. In allen drei Figuren ist nur jeweils ein Ausschnitt aus einem Ausrücklager 1 gemäß 1 gezeigt.
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In 4 ist der äußere Lagerring 5 auf den Dichtring 15 aufgeschoben. Die Zapfen 25 sind durch die Öffnungen 27 des äußeren Lagerrings 5 gesteckt. Die Zapfen 25 sind derart ausgeführt, dass sie am vorderen Ende einen Hohlraum 31 aufweisen. Durch die Verwendung eines Werkzeuges, welches in diesen Hohlraum 31 hineingedrückt wird, wird durch Druck eine Verformung erreicht.
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Die Seiten der Zapfen 25 sind dementsprechend gegen die Seitenwände der Öffnungen 27 des Lagerrings 5 gedrückt. Ein Abziehen der beiden Bauteile 5, 15 ist nicht mehr möglich.
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In 5 sind die Zapfen 25 mittels eines Ultraschallschweißens am Lagerring 5 befestigt. Die Zapfen 25 des Dichtelements 15 sind in die Öffnungen 27 des Lagerrings 5 gesteckt und hintergreifen die Verjüngungen 28 in den Öffnungen 27. Die Zapfen 25 sind hier nach dem Einbringen in die Öffnungen 27 unter Druck durch die Zufuhr von Wärme aufgeschmolzen. Das geschmolzene Material des Zapfens 25 verteilt sich in dem Öffnung 27 des Lagerrings 5 und füllt dieses aus. Nach einer kurzen Abkühlzeiten unter Beibehaltung des Fügedrucks ist eine homogene Verfestigung der Fügezone erreicht und die Bauteile 5, 15 sind unlösbar miteinander verbunden.
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6 zeigt eine Rastverbindung zwischen dem Lagerring 5 und dem Dichtring 15. Auch hier ist der Dichtring 15 mit seinen Zapfen 25 durch die Öffnungen 27 des Lagerrings 5 gesteckt. Die Öffnungen weisen eine als Radiensprünge ausgebildete Verjüngungen 28 auf. Die Zapfen 25 weisen hierzu entsprechende Rastnasen auf. Bei einem Schieben durch die Öffnung 27 wird der Zapfen 25 zusammengedrückt und verformt sich elastisch. Nach dem Durchschieben hintergreifen die Rastnasen den Radiensprung der Öffnungen 27 und verhaken.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ausrücklager
- 3
- innerer Lagerring
- 5
- äußerer Lagerring
- 7
- Lagerinnenraum
- 9
- Wälzkörper
- 11
- Käfig
- 15
- Dichtelement/Dichtring
- 17
- statische Dichtkomponente
- 19
- Dichtlippe
- 21
- Dichtungslaufbahn
- 23
- Ringspalt
- 25
- Zapfen
- 27
- Öffnung
- 28
- Verjüngung
- 29
- Bund
- 31
- Hohlraum
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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