WO2014131466A1

WO2014131466A1 - Lageranordnung für eine welle mit einer beidseitig wirkenden dichtung

Info

Publication number: WO2014131466A1
Application number: PCT/EP2013/061468
Authority: WO
Inventors: Thomas Kleiber; Thorsten Biermann
Original assignee: Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Priority date: 2013-03-01
Filing date: 2013-06-04
Publication date: 2014-09-04
Also published as: DE112013006755A5

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung (14) einer aus einem Gehäuse (8) austretenden Welle (6) oder Gelenkglocke (7), bei der ein abgedichtetes Wälzlager (13) zwischen dem Gehäuse (8) und der Welle (6) eingesetzt ist. Die Lageranordnung (14) ist gegen eindringende Verunreinigungen von außen nach innen und gegen austretenden Schmierstoff von innen nach außen abgedichtet.

Description

Lageranordnung für eine Welle mit einer beidseitig wirkenden Dichtung

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung einer aus einem Gehäuse austreten- den Welle oder Gelenkglocke, bei der ein abgedichtetes Wälzlager zwischen dem Gehäuse und der Welle eingesetzt ist und die Lageranordnung gegen eindringende Verunreinigungen von außen nach innen und gegen austretenden Schmierstoff von innen nach außen abgedichtet ist. Für Lageranordnungen sind Abdichtungen in unterschiedlichen Ausführungs- formen bekannt, um einen Schmierstoffaustritt aus der Lageranordnung bzw. den Eintritt von Verunreinigungen in die Lageranordnung zu unterbinden. Die Wälzlagerabdichtung soll möglichst über die gesamte Laufzeit der Lagerung gewährleistet sein. Voraussetzung dafür ist eine über die Lebensdauer des Wälzlagers möglichst gleichbleibende Dichtwirkung der Abdichtmittel. Die Mittel zum Abdichten des Wälzlagers bestehen im Allgemeinen aus gesonderten Dichtungen, die axial versetzt zu den Wälzkörpern oder getrennt von einem Wälzkörperkäfig angeordnet sind. DE 1 1 2004 003 026 B4 zeigt eine Wälzlagerabdichtung in einer Differentialanordnung, die in Achsgehäusen von Antriebsachsen in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. Über Seitenwellenräder, Naben und Achs- oder Antriebswellen werden die Antriebsräder einer Antriebsachse angetrieben. Die aus dem zum Teil mit einem Schmierstoff gefüllten Achsgehäuse austretenden, wälzgelagerten Achswellen sind über eine zweistufige Dichtung abgedichtet. Einer ersten innerhalb des Wälzlagers integrierten Dichtung ist ein in einem Flansch eingesetzter separater Wellendichtring als zweite Dichtung zugeordnet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine kompakte Lageranordnung eine Dichtungsanordnung bereitzustellen, die einfach aufgebaut, einen geringen Reibungswiderstand und eine hohe Abdichtgüte aufweist sowie kostengünstig herstellbar ist. Diese Aufgabenstellung wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die abhängigen, auf den Anspruch 1 rückbezogenen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, innerhalb eines Wälzlagers herkömmlicher Bauart einen Raum zu schaffen, der Abdichtmittel bzw. eine Dichtungsanordnung aufnimmt, um das Wälzlager sowohl gegen eindringende Verunreinigungen von außen als auch gegen austretenden Schmierstoff von innen abzudichten. Die erfindungsgemäße Lageranordnung umfasst dazu eine in dem als Zylinderrollenlager ausgeführten Wälzlager integrierte, dichtend mit der Welle verbundene Dichtungsanordnung. Die einseitig axial versetzt zu den Wälzkörpern angeordnete mindestens eine Dichtungsanordnung umfasst wenigstens zwei einzelne, in entgegengesetzte Richtungen einfach wirkende Dichtungen oder eine bzw. mehrere einzelne, doppeltwirkende Dichtung(en). Damit kann das Wälzlager von außen nach innen beispielsweise gegen eindringenden Schmutz oder Spritzwasser und von innen nach außen gegen ein Austreten von Schmierstoff wirksam geschützt werden. Das erfindungsgemäße Konzept, die Wälzlagerung in Verbindung mit der Dichtungsanordnung eignet sich für die Lagerung von Abtriebs- oder Seitenwellen, Steckachsen, Gelenk- glocken, Naben, Sonnenstirnrädern oder anderen Ausgleichsrädern, die mit Getrieben bzw. Differenzialen von Fahrzeugen in Verbindung stehen. Unter Welle sind demnach auch Schäfte von Sonnenrädern oder Stummel von Gelenkglocken zu verstehen. Vorteilhaft kann die erfindungsgemäße Lageranordnung in Leichtbaudifferenzialen als zusätzliche Lagerung eingesetzt werden, bei denen die Sonnenräder über eine Blechhülse abgestützt sind. Alternativ sind durch diese Lageranordnung Gleitlager ersetzt, wodurch Reibung reduziert ist. Auftretende Schläge aus der Achskonstruktion, insbesondere ausgelöst durch das Gewicht des Ausgleichsgelenks, werden durch die weitere Lagerung eliminiert. Gleichzeitig unterbleibt eine insbesondere für die Dichtung nachteilige Verschränkung der Wel- le, Abtriebswelle oder eines Wellenstumpfs der Gelenkglocke, was sich vorteilhaft auf die Wirksamkeit und den Verschleiß der Dichtung auswirkt.

Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Maßnahme zur getriebeseitigen Abstüt- zung von Abthebswellen vorgesehen, die beispielsweise mit einem als Stirn- raddifferenzial aufgebauten Differenzialgetriebe in Front- oder Quergetrieben von Fahrzeugen in Verbindung stehen. Mittels der kompakten Wälzlagerung in Verbindung mit der wirksamen Abdichtung gemäß der Erfindung kann selbst in kleiner dimensionierten Fahrzeuggetrieben und den zugehörigen Differenzialen vorteilhaft eine zusätzliche Lagerung der Welle realisiert werden. Für länger ausgeführte Abtriebswellen gewährleistet die Lageranordnung gemäß der Erfindung eine exakte Zentrierung, wobei gleichzeitig das Lagerspiel verringert werden kann. Die Spielverringerung minimiert ein Achstaumeln und unterbindet vorteilhaft einen die Dichtung zerstörenden Radialschlag der Welle. Aufgrund der zentrierten Welle stellt sich außerdem eine die Abdichtqualität verbessernde, vollumfängliche, gleichmäßige Abstützung der Dichtung an der Welle ein. Diese Wirkungsweise stellt sich selbst bei einem geringen Anpressdruck der Dichtung ein, was sich vorteilhaft auf die Reibung und den Verschleiß der Dich- tung auswirkt. Bei der erfindungsgemäßen, eine zusätzliche Lagerstelle bildenden Lageranordnung wird das Wälzlager weitestgehend nur vom Gewicht des Ausgleichsgelenks oder einer Gelenkglocke beaufschlagt, wodurch sich eine geringe Reibung im Lager einstellt. Als Wälzlager eignet sich bevorzugt ein Nadellager, dessen äußere Nadelhülse aus Blech die Wälzkörper sowie die Dichtung umschließt. Die innere Lauffläche ist vorzugsweise durch einen Oberflächenabschnitt der Welle oder an einem auf der Welle sitzenden Innenring ausgebildet. Um die radiale Einbauhöhe zu reduzieren, sind die Wälzkörper unmittelbar auf der Welle geführt. Der dichtungsseitige, radial einwärts gerichtete Lagerbord der Nadelhülse kann zusätzlich die Funktion einer Spaltdichtung übernehmen, in dem dieser bis auf einen eng bemessenen Ringspalt an einer Außenkontur der Welle geführt ist. Der Lagerbord bietet damit einen weiteren Schutz des Wälzlagers vor eindringenden Schmutzpartikeln. Um eine ausreichende Dichtwirkung zu erzielen, ist im Einbauzustand des Wälzlagers ein Differenzmaß zwischen dem Laufbahndurchmesser der Welle und dem Innendurchmesser des Lagerbords von < 0,5 mm vorgesehen. Die Nadelhülse kann vorteilhaft kostengünstig aus einem Tiefziehblech hergestellt werden. Die als Nadel ausgebildeten Wälzkörper des Nadellagers sind vorteilhaft in einem Wälzkörperkäfig geführt. Alternativ dazu kann ein vollrolliges Wälzlager realisiert werden, bei dem die einzelnen Wälzkörpernadeln als Rollensatz ohne eine Käfigführung direkt aneinandergefügt sind. Im Einbauzustand können die Wälzkörper des Nadellagers unabhängig von deren Führung radial innen auf der eine Lauffläche bildenden Welle und außenseitig an der Nadelhülse abwälzen. Zylinderrollenlager sind Wälzlager, deren Wälzkörper Rollen mit zylindrischer Grundgestalt sind und deren Mantelflächen außenzylindrisch oder beliebig ballig ausgebildet sind. Nadellager sind eine Form der Zylinderrollenlager, in denen die als Nadeln ausgebildeten Rollen ein Maßverhältnis zwischen der Länge zu dem Durchmesser > 2,5 aufweisen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Dichtungsan- Ordnung zwei in entgegengesetzte Richtungen ausgerichtete Dichtlippen auf, wobei die Dichtlippen einer einzelnen Dichtung oder zwei getrennten Dichtungen zugeordnet sein können. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Dichtungsanordnung an den Wälzkörperkäfig angesetzt ist. Diese Bauweise erlaubt es, für den Wälzkörperkäfig einerseits und für die Dichtungsanordnung andererseits unterschiedliche, für die jeweils vorgesehene Aufgabe geeignete Materialien zu verwenden, beispielsweise Stahl für den Wälzkörperkäfig und ein elastisches Gummi- oder Kunststoffmaterial für die Dichtungsanordnung. Zur dauerfesten Verbindung kann die Dichtungsanordnung stoffschlüssig, beispielsweise durch eine Vulkanisierung, an dem Wälz- körperkäfig befestigt werden. Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist eine formschlüssige Befestigung der Dichtungsanordnung an dem Wälzkörperkäfig vorgesehen, wozu sich beispielsweise eine Clipverbindung eignet. Gemäß einer anderen Variante ist die Dichtungsanordnung einstückig mit dem Wälzkörperkäfig verbunden. Voraussetzung dafür ist, dass der Wälzkörperkä- fig aus einem Material besteht, das auch für die Ausbildung der daran integrierten Dichtungsanordnung geeignet ist. Eine einteilige oder zweiteilige Dichtungsanordnung kann außerdem an der Nadelhülse, insbesondere an deren Lagerbord fixiert werden oder ohne eine direkte Anbindung in der Nadelhülse integriert sein.

Als eine ergänzende Maßnahme, um die Abdichtqualität zu verbessern, kann gemäß der Erfindung der Lageranordnung eine Stauscheibe vorgelagert wer- den. Bei einer Lageranordnung, die in einem axial vorstehenden Ansatz des Gehäuses eingesetzt ist, erstreckt sich die auf der Welle oder einer Gelenkglocke fixierte Stauscheibe radial über den Gehäuseansatz und bildet einen wirksamen Schutz gegen eindringenden Schmutz oder Spritzwasser in das Wälzlager. Bevorzugt schließt die Stauscheibe außenseitig einen rechtwinkeligen, zylindrischen Bord ein, der den Gehäuseansatz beabstandet übergreift. Das Ineinandergreifen oder Verkämmen der Formelemente bewirkt einen gewollten verlängerten Dichtspalt, ein Labyrinth, das auch als berührungsfreie Spaltdichtung zu bezeichnen ist. Eine Spaltdichtung oder ein Labyrinth kann außerdem beispielsweise mittels einer Gelenkglocke realisiert werden, die eine stirnseiti- ge Ausnehmung bildet, in die spielbehaftet der axial vorstehende Ansatz des Gehäuses begrenzt eingreift. Alternativ zu einer Gelenkglocke kann der Gehäuseansatz in die stirnseitige Ausnehmung eines auf der Welle positionierten Gehäuses eingreifen. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen. Die Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Ausschnitt eines Stirnraddifferenzials, der die erfindungsgemäße Lageranordnung verdeutlicht;

Fig. 2 in einer vergrößerten Darstellung das Detail Z aus Fig. 1 ; und

Fig. 3 die Lageranordnung gemäß Fig. 1 mit einer Stauscheibe.

Fig. 1 zeigt in einem Längsschnitt teilweise ein als Stirn raddifferenzial 1 aufge- bautes Differenzialgetriebe, das für einen Achsabtrieb eines nur begrenzt abgebildeten Fahrzeuggetriebes 5 bestimmt ist. Das in einer Leichtbauweise konzipierte Stirnraddifferenzial 1 umfasst ein drehbares, zwei Halbschalen aus Stahlblech einschließendes Differenzialgehäuse 2. Zwei jeweils mit Planeten- rädern des Stirnraddifferenzials 1 verzahnte Sonnenräder 3a, 3b bilden zentral eine axial nach außen gerichtete, rohrförmige Muffe 4a, 4b, in deren innenseitiges Vielkeilprofil eine Welle 6 bzw. ein Wellenstumpf einer Gelenkglocke 7 und gegenseitig eine weitere Welle 1 1 formschlüssig eingreift. Die weitere Beschreibung bezieht sich weitestgehend auf die Lagerung der Gelenkglocke 7 und deren Welle 6 bzw. den Wellenstumpf. Die Muffe 4a ist in ein Gehäuse 8 eingepasst, das gemeinsam mit dem Sonnenrad 3a über ein Kegelrollenlager 9 in einer Zwischenwand 10 drehbar gelagert ist. Über eine Lageranordnung 14, die ein als Nadellager ausgeführtes Wälzlager 13 einschließt, ist die Welle 6 der Gelenkglocke 7 in einem axial vorstehenden Ansatz 12 des Gehäuses 8 drehbar gelagert. Den Aufbau und die Abdichtung des Wälzlagers 13 verdeutlicht die Fig. 2 und deren Beschreibung. Die einstückig mit der Welle 6 verbundene, ein Ausgleichsgelenk 15 einschließende Gelenkglocke 7 weist eine stirnseitige Ausnehmung 17 auf, in die der axial vorstehende Ansatz 12 des Gehäuses 8 spielbehaftet unter Bildung eines Labyrinths 16a eingreift.

Fig. 2 zeigt in einem vergrößerten Maßstab den Ausschnitt Z von Fig. 1 , den Aufbau des Wälzlagers 13. Das als Zylinder- bzw. Nadellager aufgebaute Wälzlager 13 wird außenseitig von einer Nadelhülse 18 umschlossen, die beidseitig zu der Welle 6 ausgerichtete Lagerborde 19a, 19b bildet. Der Lagerbord 19a reicht bis auf einen engbemessenen Ringspalt 20 bis an die Welle 6, der damit den Eintritt von groben Schmutzpartikeln in das Wälzlager 13 unterbindet. Die als Rollen oder Nadeln ausgebildeten, innenseitig unmittelbar auf der Welle 6 geführten Wälzkörper 21 sind in einem Wälzkörperkäfig 22 eingesetzt. Für die Wälzkörper 21 ist ein Verhältnis zwischen der Länge L und dem Durchmesser D von > 2,5 vorgesehen. Auf der zur Gelenkglocke 7 ausgerichteten Seite ist in dem Wälzlager 13 eine Dichtungsanordnung 23 eingesetzt, die zwei in entgegengesetzte Richtungen weisende Dichtlippen 24a, 24b umfasst. Die zur Gelenkglocke 7 zeigende Dichtlippe 24a schützt das Wälzlager 21 vor von außen eintretenden Verunreinigungen. Die weitere zu den Wälzkörpern 21 zeigende Dichtlippe 24b unterbindet einen Schmierstoffaustritt aus dem Wälzlager 21 . Gemäß Fig. 2 wird die Dichtungsanordnung 23 aus zwei getrennten Dichtungen 25a, 25b gebildet, die innenseitig an der Nadelhülse 18 festgelegt sind. Alternativ dazu kann als Dichtungsanordnung 23 eine einteilige Dichtung vorgesehen werden, die beispielsweise form- oder stoffschlüssig mit dem Wälzkörperkäfig 22 verbunden ist.

Die Fig. 3 zeigt eine alternative erfindungsgemäße Lageranordnung, wobei für übereinstimmende Bauteile gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich weitestgehend auf unterschiedliche Ausgestaltungen.

In der Fig. 3 ist die mit der Gelenkglocke 7 verbundene Welle 6 mit einer Stau- Scheibe 26 versehen, die axial beabstandet zu dem Ansatz 12 des Gehäuses 8 lagepositioniert ist. Ein außenseitiger rechtwinkeliger Bord 27 der Stauscheibe 26 übergreift spielbehaftet den Ansatz 12 und bildet ein Labyrinth 16b, das die Abdichtung der Dichtungsanordnung 23 von der Lageranordnung 14 unterstützt.

Bezugszeichenliste

1 Stirnraddifferenzial

2 Differenzialgehäuse

3a Sonnenrad

3b Sonnenrad

4a Muffe

4b Muffe

5 Fahrzeuggetriebe

6 Welle

7 Gelenkglocke

8 Gehäuse

9 Kegelrollenlager

10 Zwischenwand

1 1 Welle

12 Ansatz

13 Wälzlager

14 Lageranordnung

15 Ausgleichsgelenk

16a Labyrinth

16b Labyrinth

17 Ausnehmung

18 Nadelhülse

19a Lagerbord

19b Lagerbord

20 Ringspalt

21 Wälzkörper

22 Wälzkörperkäfig

23 Dichtungsanordnung

24a Dichtlippe

24b Dichtlippe

25a Dichtung

25b Dichtung Stauscheibe Bord

Claims

Patentansprüche

1 . Lageranordnung einer aus einem Gehäuse (8) austretenden Welle (6) oder Gelenkglocke (7), bei der ein abgedichtetes Wälzlager (13) zwischen dem Gehäuse (8) und der Welle (6) eingesetzt ist und die Lageranordnung (14) gegen eindringende Verunreinigungen von außen nach innen und gegen austretenden Schmierstoff von innen nach außen abgedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des als Zylinderrollenlager ausgeführten Wälzlagers (13) mindestens eine dichtend mit der Welle (6) zusammenwirkende Dichtungsanordnung (23) eingebracht ist, die axial versetzt zu Wälzkörpern (21 ) wenigstens eine in entgegengesetzte Richtungen einfach wirkende Dichtung (25a, 25b) oder mindestens eine doppeltwirkende Dichtung umfasst.

2. Lageranordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (13) mit integrierter Dichtungsanordnung (23) zur getriebesei- tigen Lagerung einer Welle (6) von Längs- oder Quergetrieben vorgese- hen ist.

3. Lageranordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Nadellager als Wälzlager (13) eingesetzt ist, dessen äußere Nadelhülse (18) die Wälzkörper (21 ) sowie die Dichtung (25a, 25b) umschließt und zumindest ein seitlicher, radial einwärts gerichteter Lagerbord (19a, 19b) der Nadelhülse (18) als Spaltdichtung bis auf einen engbemessenen Ringspalt (20) an einer Außenkontur der Welle (6) geführt ist.

4. Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die als Nadeln ausgebildeten Wälzkörper (21 ) in einem Wälzkörperkäfig (22) oder käfiglos innenseitig an der Nadelhülse (18) geführt sind. Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsanordnung (23) zwei in entgegengesetzte Richtungen weisende Dichtlippen (24a, 24b) einschließt.

Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsanordnung (23) einstückig mit dem Wälzkörperkäfig (22) verbunden ist oder stoffschlüssig oder formschlüssig an dem Wälzkörperkäfig (22) befestigt ist oder die Dichtungsanordnung (23) mit der Nadelhülse (18) in Verbindung steht.

Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die als Nadeln ausgebildeten Wälzkörper (21 ) ein Verhältnis zwischen der Länge L und dem Durchmesser D von > 2,5 aufweisen.

Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkglocke (7) oder ein der Welle (6) zugeordnetes Gehäuse eine stirnseitige Ausnehmung (17) aufweist, in die der axial vorstehende Ansatz (12) des Gehäuses (8) spielbehaftet eingreift.

Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bord (27) einer auf der Welle (6) positionierten Stauscheibe (26) den axial vorstehenden Ansatz (12) des Gehäuses (8) spielbehaftet übergreift.