DE19858996B4

DE19858996B4 - Anordnung zum Lagern einer Welle

Info

Publication number: DE19858996B4
Application number: DE19858996A
Authority: DE
Inventors: Rainer Dipl.-Ing. Pflug (FH)
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 1998-12-21
Filing date: 1998-12-21
Publication date: 2007-10-18
Anticipated expiration: 2018-12-22
Also published as: US6273616B1; JP2000192968A; DE19858996A1

Abstract

Anordnung zum Lagern einer Welle (1), an deren Endabschnitt (6) sich ein zu deren Längsmittelachse (7) exzentrisch versetzt angeordenter Wellenzapfen (8) anschließt, wobei der Endabschnitt (6) über ein erstes Nadellager (2) in einem Gehäuse (3) abgestützt ist und der exzentrische Wellenzapfen (8) über ein zweites Nadellager (9) mit einem beweglichen Teil einer Anschlußkonstruktion verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenringe der Nadellager (2, 9) als tiefgezogene spanlos geformte Hülsen (12, 13) mit beidseitigen Borden (14, 15, 16, 17) ausgebildet sind, wobei der Durchmesser d des inneren Randes der äußeren voneinander abgewandten Borde (14, 17) kleiner ist, als der Durchmesser D der zugehörigen inneren Laufbahn.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Lagern einer Welle, an deren Endabschnitt sich ein zu deren Längsmittelachse exzentrisch versetzt angeordneter Wellenzapfen anschließt, wobei der Endabschnitt über ein erstes Nadellager in einem Gehäuse abgestützt ist und der exzentrische Wellenzapfen über ein zweites Nadellager mit einem beweglichen Teil einer Anschlußkonstruktion verbunden ist.
Hintergrund der Erfindung
Eine derartige Anordnung zur Lagerung einer Welle ist aus der Literaturstelle SAE TECHNICAL PAPER SERIES Nr. 970113 „Improvement of Scroll Compressor for Vehicle Air Conditioning Systems" vorbekannt. In 6 dieser Vorveröffentlichung ist ein sogenannter Scrollverdichter schematisch dargestellt. Zur Führung und Abstützung einer Welle ist diese linksseitig durch ein als Kugelrillenlager ausgebildetes Festlager in axialer Richtung geführt, während ein davon beabstandeter in seinem Durchmesser vergrößerter Endabschnitt der Welle in einer weiteren zweiten Lagerstelle gehalten ist. Diese zweite Lagerstelle ist als ein Nadellager ausgebildet. An diesem in seinem Durchmesser vergrößerten Endabschnitt schließt sich ein zur Längsmittelachse der Welle exzentrisch versetzt angeordneter Wellenzapfen an, der über ein weiteres Nadellager mit einer beweglichen Spirale des Scrollverdichters verbunden ist.
Dabei ist jedoch von Nachteil, daß bei einem in seiner Funktion beeinträchtig ten Festlager die Welle in axialer Richtung verschiebbar ist. Entweder läuft der exzentrisch versetzt angeordnete Wellenzapfen in axialer Richtung an der beweglichen Spirale des Scrollverdichters an oder in der anderen Richtung läuft der in seinem Durchmesser vergrößerte Endabschnitt der Welle an einem umgebenden Gehäuseteil an. In beiden Fällen wird daher eine solche Lageranordnung nach dem bisherigen Stand der Technik in unzulässiger Weise durch einen hohen Verschleiß beansprucht.
Zusammenfassung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine gattungsgemäße Anordnung zum Lagern einer Welle so zu verbessern, daß bei einem in seiner Funktion beeinträchtigten Festlager der Verschleiß innerhalb der Lageranordnung vermieden wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 dadurch gelöst, daß die Außenringe der Nadellager als tiefgezogene spanlos geformte Hülsen mit beidseitigen Borden ausgebildet sind, wobei der Durchmesser d des inneren Randes der äußeren voneinander abgewandten Borde kleiner ist, als der Durchmesser D der zugehörigen inneren Laufbahn.
Durch diese spiegelbildlich paarweise Anordnung der beiden Nadellager mit heruntergezogenen Außenborden ist die Gesamtlageranordnung der Welle in axialer Richtung positioniert, d. h. der exzentrisch versetzt angeordnete Wellenzapfen läuft bei Ausfall des Festlagers einerseits an einem heruntergezogenen Bord des zweiten Nadellagers an, während die Stirnseite des Endabschnittes der Welle andererseits am heruntergezogenen Bord des ersten Nadellagers anläuft. Durch diese spiegelbildliche Anordnung der beiden erfindungsgemäß gestalteten Nadellager ist eine Lageranordnung mit Festlagerfunktion geschaffen. Die positive Folge davon ist, daß bei Ausfall des eigentlichen Festlagers weder das Gehäuse noch die Anschlußkonstruktion durch ein axiales Verschieben der Welle beschädigt werden kann. So ist auf elegante Art und Weise ein hervorragender Verschleißschutz der Lagerung gewährleistet.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
So ist beispielsweise nach Anspruch 2 vorgesehen, daß die voneinander abgewandten Borde der Nadellager und die Wellenschultern vom Endabschnitt und vom Wellenzapfen gehärtet sind. Bei einem Ausfall des Festlagers laufen dann die gehärteten Stirnseiten von exzentrisch versetzten Wellenzapfen bzw. vom Endabschnitt der Welle an den ebenfalls gehärteten Borden der Nadellager an, so daß ein sicherer Verschleißschutz gegeben ist.
Nach Anspruch 3 soll das das bewegliche Teil der Anschlußkonstruktion eine Spirale eines Scrollverdichters sein, die mit ihrer Aufnahmebohrung auf die Hülse des zweiten Nadellagers aufgepresst ist.
Aus dem zweiten unabhängigen Anspruch 4 geht hervor, daß die Außenringe der Nadellager als tiefgezogene spanlos geformte Hülsen mit beidseitigen Borden ausgebildet sind, wobei zwischen den äußeren voneinander abgewandten Borden und dem Nadelkranz eine Anlaufscheibe oder ein Anlaufring angeordnet sind.
In diesem Fall ist die Axialpositionierung der Welle nicht durch die Borde, sondern durch Anlaufscheibe und Anlaufring realisiert. Die radiale Ausdehnung der beiden gegenüberliegenden Borde der Nadellager muß dabei nicht unbedingt bis unterhalb des inneren Laufbahndurchmessers liegen, sondern sie muß nur so groß sein, daß Anlaufscheibe bzw. Anlaufring sicher innerhalb der Lageranordnung gehalten sind.
Auch ist nach Anspruch 5 vorgesehen, daß die Anlaufscheibe bzw. der Anlaufring in Richtung des exzentrisch versetzt angeordneten Wellenzapfens bzw. in Richtung des Endabschnittes eine waffelförmige Struktur aufweisen. Diese waffelförmige Struktur mit ihren Erhebungen bzw. Vertiefungen weist gegenüber einem Schmiermittel ein besseres Rückhaltevermögen als eine glatte Oberfläche auf.
Aus Anspruch 6 geht hervor, daß auch bei Einsatz einer Anlaufscheibe bzw. eines Anlaufringes das bewegliche Teil der Anschlußkonstruktion die Spirale eines Scrollverdichters sein soll, die mit ihrer Aufnahmebohrung auf die Hülse des zweiten Nadellagers aufgepreßt ist.
Schließlich ist nach dem dritten unabhängigen Anspruch 7 die Lösung der Aufgabe auch dadurch möglich, daß die Außenringe der Nadellager als tiefgezogene spanlos geformte Hülsen mit beidseitigen Borden ausgebildet sind, wobei zwischen den äußeren voneinander abgewandten Borden und dem Gehäuse und der Anschlußkonstruktion ein Anlaufring und eine Anlaufscheibe angeordnet sind.
Die Erfindung wird an nachstehenden Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch einen Scrollverdichter,
2 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäß ausgebildetes Nadellager,
3 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäß ausgebildetes Nadellager mit Anlaufscheibe,
4 eine Draufsicht auf eine Anlaufscheibe und
5 einen teilweisen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäß ausgebildetes Nadellager mit Anlaufring.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Der in 1 dargestellte Scrollverdichter weist eine mit einer Riemenscheibe 27 versehene Welle 1 auf, die mit Hilfe zweier voneinander beabstandeter Radiallager 26, 2 abgestützt ist. Die Führung der Welle 1 in axialer Richtung erfolgt durch das linksseitige als Festlager ausgebildete Kugellager 26. Das andere Radiallager ist als ein erstes Nadellager 2 ausgebildet, das in einem Gehäuse 3 untergebracht ist. Der aus in einem Käfig 4 geführten Lagernadeln 5 bestehenden Nadelkranz ist auf einem Endabschnitt 6 der Welle 1 angeordnet, deren Längsmittelachse mit 7 bezeichnet ist. An den Endabschnitt 6 schließt sich ein exzentrisch zur Längsmittelachse 7 versetzt angeordneter Wellenzapfen 8 an, der mit diesem verbunden ist und dessen Mantelfläche die innere Laufbahn für ein zweites Nadellager 9 bildet. Die durch den exzentrisch versetzt angeordneten Wellenzapfen 8 bedingte Unwucht wird durch Ausgleichsgewichte 25 kompensiert.
Auch das zweite Nadellager 9 weist einen Nadelkranz auf, der aus in einem Käfig 10 geführten Lagernadeln 11 besteht. Sowohl das erste Nadellager 2 als auch das zweite Nadellager 9 weisen einen Außenring auf, der als spanlos geformte Hülse 12, 13 ausgebildet ist, die beidseitig mit Borden 14, 15, 16 und 17 ausgestattet sind. Dabei sind die beiden äußeren gegenüberliegenden Borde 14 und 17 der Nadellager 2 und 9 so ausgestaltet, daß sie in radialer Richtung gesehen bis unter ihre innere Laufbahn reichen, d. h. wie insbesondere aus 2 ersichtlich, der Durchmesser d des inneren Randes der äußeren voneinander abgewandten Borde 14, 17 ist kleiner, als der Durchmesser D der jeweils zugehörigen inneren Laufbahn. Dadurch ist sichergestellt, daß bei einem nicht funktionsfähigen Festlager 26 durch die spiegelbildliche Anordnung der beiden Nadellager 2 und 9 eine axiale Fixierung der Welle 1 gegeben ist. Fällt nun das Festlager 26 in seiner Wirkungsweise aus, so würde bei einer linksseitigen Axialverschiebung der Welle 1 nach dem bisherigen Stand der Technik die Stirnseite des Endabschnittes 6 sich in das Gehäuse 3 eingraben, d. h. es findet ein abrassiver Verschleiß statt. Nach der Erfindung wird dies nun durch den Lagerbord 14 verhindert, der in radialer Richtung gesehen die Stirnseite des Endabschnittes 6 der Welle 1 überdeckt. Bei einem axialen Versatz der Welle 1 in linksseitiger Richtung läuft in diesem Fall die Stirnseite des Endabschnittes 6 am verlängerten Lagerbord 14 an. Erfolgt bei ausgefallenem Festlager 26 ein Axialschub der Welle 1 nach rechts, so wird ein Eingraben des exzentrisch versetzt angeordneten Wellenzapfens 8 in die mit dem zweiten Nadellager 9 verbundene bewegliche Spirale 18 durch den äußeren Lagerbord 17 verhindert, der wiederum bis unter die innere Laufbahn des zweiten Nadellagers 9 in radialer Richtung heruntergezogen ist. In diesem Fall läuft dann der exzentrisch versetzt angeordnete Wellenzapfen 8 mit seiner Stirnfläche an dem heruntergezogenen Bord 17 an.
Die über das zweite Nadellager 9 mit dem Wellenzapfen 8 verbundene bewegliche Spirale 18 des Scrollverdichters ist in bekannter Weise mit einer unbeweglich angeordneten zweiten Spirale 19 verbunden. Die aus den beiden Laufscheiben 20 und 21 und den Lagerkugeln 22 bestehende Axiallageranordnung dient in ebenfalls bekannter Weise zum axialen Abstützen der beweglichen Spirale 18, da diese durch den Druckaufbau in den Verdichtungsräumen 24 bestrebt ist, nach links auszuweichen. Außerdem ermöglichen die mit Löchern versehenen Laufscheiben 20, 21 eine exzentrische Bewegung der beweglichen Spirale 18, verhindern aber deren ungewolltes Rotieren.
In 2 ist in vergrößerter Darstellung das auf dem Wellenzapfen 8 angeordnete und die bewegliche Spirale 18 tragende zweite Nadellager 9 gezeigt. Wie deutlich zu erkennen, ist die spanlos geformte Hülse 13 mit einem rechtsseitigen verlängerten Bord 17 versehen, wobei der Durchmesser d des inneren Randes von Bord 17 kleiner ist, als der Durchmesser D der inneren Laufbahn der Lagernadeln 11. Das gleiche trifft für den anderen äußeren Bord 14 des ersten Nadellagers 2 zu.
Wie 3 zeigt, kann das rechtsseitige zweite Nadellager 9 auch so ausgebildet sein, daß zwischen Nadelkranz und Bord 17 der Hülse 13 eine Anlaufscheibe 23 angeordnet ist, an die bei axialer Verschiebung der Welle 1 in rechtsseitiger Richtung der exzentrisch versetzt angeordnete Wellenzapfen 8 anlaufen würde, so daß ein Eindringen des Wellenzapfens 8 in die Spirale 18 verhindert ist.
Der 4 ist die waffelartige Struktur der Anlaufscheibe 23 mit Erhebungen bzw. Vertiefungen entnehmbar, wobei diese strukturierte Oberfläche in Richtung der Stirnseite des Wellenzapfens 8 weist. Diese Anlaufscheibe 23 hat aufgrund ihrer Strukturierung ein besonders gutes Rückhaltevermögen für Schmiermittel. In ähnlicher Weise kann auch bei dem ersten Nadellager 2 die axiale Verschiebung der Welle 1 in umgekehrter Richtung vermieden werden. Dies erfolgt durch einen zwischen Bord 14 und Nadelkranz angeordneten, mit einer mittigen Ausnehmung versehenen Anlaufring. In beiden Fällen können die Außenborde 14, 17 radial bis unter die Laufbahn geführt werden, können aber auch oberhalb dieser enden.
In 5 schließlich ist das rechtsseitige zweite Nadellager 9 gemäß der im dritten unabhängigen Anspruch 7 beschriebenen Weise dargestellt. Zwischen der beweglichen Spirale 18 des Scrollverdichters und dem zweiten Nadellager 9 ist ein Anlaufring 28 angeordnet, an den bei einem rechtsseitigen axialen Versatz der Welle 1 deren Wellenzapfen 8 mit seiner Stirnfläche anläuft. In analoger Weise dazu ist dann das erste Nadellager 2 ausgebildet, d. h. auf die Welle 1 ist ein weiterer Anlaufring 28 aufgesetzt, an den bei einem linksseitigen Versatz der Welle 1 deren Endabschnitt 6 mit seiner Stirnfläche anläuft. Selbstverständlich kann der rechtsseitige Anlaufring 28 auch durch eine geschlossene Anlaufscheibe 23 ersetzt sein.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere sind auch Kombinationsmöglichkeiten der einzelnen selbständigen Ansprüche untereinander vom Erfindungsgedanken erfaßt. So kann beispielsweise das erste Nadellager 2 einen bis unter die Laufbahn der Lagernadeln 5 heruntergezogenen äußeren Bord 14 aufweisen, während das zweite Nadellager 9 gemäß 5 ausgebildet ist, d. h. einen Anlaufring 28 besitzt, der zwischen der beweglichen Spirale 18 und dem Wellenzapfen 8 angeordnet ist.

1: Welle
2: erstes Nadellager
3: Gehäuse
4: Käfig
5: Lagernadel
6: Endabschnitt
7: Längsmittelachse
8: Wellenzapfen
9: zweites Nadellager
10: Käfig
11: Lagernadel
12: Hülse
13: Hülse
14: Bord
15: Bord
16: Bord
17: Bord
18: bewegliche Spirale
19: feste Spirale
20: Laufscheibe
21: Laufscheibe
22: Lagerkugel
23: Anlaufscheibe
24: Verdichtungsraum
25: Ausgleichsgewicht
26: Festlager
27: Riemenscheibe
28: Anlaufring
d: Durchmesser des inneren Randes der Borde
D: Durchmesser der zugehörigen inneren Laufbahn

Claims

Anordnung zum Lagern einer Welle (1), an deren Endabschnitt (6) sich ein zu deren Längsmittelachse (7) exzentrisch versetzt angeordenter Wellenzapfen (8) anschließt, wobei der Endabschnitt (6) über ein erstes Nadellager (2) in einem Gehäuse (3) abgestützt ist und der exzentrische Wellenzapfen (8) über ein zweites Nadellager (9) mit einem beweglichen Teil einer Anschlußkonstruktion verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenringe der Nadellager (2, 9) als tiefgezogene spanlos geformte Hülsen (12, 13) mit beidseitigen Borden (14, 15, 16, 17) ausgebildet sind, wobei der Durchmesser d des inneren Randes der äußeren voneinander abgewandten Borde (14, 17) kleiner ist, als der Durchmesser D der zugehörigen inneren Laufbahn.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die voneinander abgewandten Borde (14, 17) der Nadellager (2, 9) und die Wellenschultern vom Endabschnitt (6) und vom Wellenzapfen (8) gehärtet sind.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Teil der Anschlußkonstruktion eine Spirale (18) eines Scrollverdichters ist, die mit ihrer Aufnahmebohrung auf die Hülse (13) des zweiten Nadellagers (9) aufgepreßt ist.
Anordnung zum Lagern einer Welle (1) nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenringe der Nadellager (2, 9) als tiefgezogene spanlos geformte Hülsen (12, 13) mit beidseiti gen Borden (14, 15, 16, 17) ausgebildet sind, wobei zwischen den äußern voneinander abgewandten Borden (14, 17) und dem Nadelkranz eine Anlaufscheibe (23) oder ein Anlaufring angeordnet sind.
Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlaufscheibe (23) bzw. der Anlaufring in Richtung des exzentrisch versetzt angeordneten Wellenzapfens (8) bzw. in Richtung des Endabschnittes (6) eine waffelförmige Struktur aufweisen.
Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Teil der Anschlußkonstruktion eine Spirale (18) eines Scrollverdichters ist, die mit ihrer Aufnahmebohrung auf die Hülse (13) des zweiten Nadellagers (9) aufgepresst ist.
Anordnung zum Lagern einer Weile (1) nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenringe der Nadellager (2, 9) als tiefgezogene spanlos geformte Hülsen (12, 13) mit beidseitigen Borden (14, 15, 16, 17) ausgebildet sind, wobei zwischen den äußeren voneinander abgewandten Borden (14, 17) und dem Gehäuse (3) und der Anschlußkonstruktion ein Anlaufring (28) oder eine Anlaufscheibe (23) angeordnet sind.