DE102007022316B4

DE102007022316B4 - Radial-Nadellager-Baueinheit

Info

Publication number: DE102007022316B4
Application number: DE102007022316.3A
Authority: DE
Inventors: Georg Draser; Martin Gegner; Jürgen Weiss
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-05-12
Filing date: 2007-05-12
Publication date: 2018-04-19
Anticipated expiration: 2027-05-13
Also published as: US8425123B2; CN101680480B; CN101680480A; DE102007022316A1; WO2008138698A1; US20100303397A1

Abstract

Radial-Nadellager-Baueinheit zur Lagerung einer Welle (6), umfassend eine Außenhülse (1) mit zumindest einem radial nach innen gerichteten Bord (2), einem Lagernadeln (4) führenden Käfig (5) und ein in einem durch den Bord (2) und den Käfig (5) begrenzten Ringraum angeordnetes Dichtelement, welches aus einem polymeren Werkstoff besteht und als ein nach außen spreizender Dichtring (8) ausgebildet ist, der radial nach außen an der inneren Mantelfläche der Außenhülse (1) und radial nach innen an der Mantelfläche der Welle (6) zur Anlage gelangt, so dass eine Radial-Radial-Abdichtung (20, 21) gebildet ist, wobei die Außenhülse (1) wenigstens an einer Umfangsstelle mit einer durch Ausstanzen oder durch Ausschneiden gebildeten Haltenase (15, 16) versehen ist, die die Mantelfläche der Außenhülse (1) federnd überragt, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (8) von der Außenhülse (1) verdrehsicher aufgenommen ist, indem die Außenhülse (1) wenigstens an einer Umfangsstelle im Bereich des Bordes (2) mit einer Aussparung (9, 10) versehen ist, in die ein korrespondierend ausgebildeter Fortsatz (11, 12) des Dichtringes (8) hineinragt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Radial-Nadellager-Baueinheit zur Lagerung einer Welle nach den oberbegriffsbildenden Merkmalen des Patentanspruchs 1, welche insbesondere vorteilhaft als Pumpwellenlagerung in Kfz-Automatikgetrieben einsetzbar ist.
Hintergrund der Erfindung
Durch die DE 10 2005 027 486 A1 ist ein Nadellager vorbekannt, welches aus einer spanlos geformten Außenhülse mit zwei beidseitig angeordneten radial nach innen gerichteten Borden besteht. Innerhalb dieser Außenhülse ist ein aus Lagernadeln und einem Käfig bestehender Wälzkörperkranz angeordnet, wobei die äußere Laufbahn von der inneren Mantelfläche der Außenhülse und die innere Laufbahn von einer nicht dargestellten Welle gebildet wird. Der linksseitig angeordnete Bord und ein Bord des Käfigs sind axial voneinander beabstandet, sodass ein umlaufender Ringraum ausgebildet ist. In diesem umlaufenden Ringraum ist ein Dichtelement angeordnet, das einen Durchfluss von Schmiermittel durch das Wälzlager begrenzen soll, wobei dieses Dichtelement als ein Stahlring ausgebildet ist. Derartige Wälzlager werden im Getriebebau immer dann eingesetzt, wenn ein ungehindertes Durchströmen von Öl durch das Lager unbedingt vermieden werden muss. Dies kann beispielsweise beim Einsatz solcher Lager in Kfz-Automatikgetrieben der Fall sein.
Im praktischen Betrieb hat sich jedoch herausgestellt, dass der Durchfluss von Schmiermittel durch das Lager noch zu groß ist. Dies ist dadurch bedingt, dass der stählerne Dichtring eine Radial-Axial-Dichtung bildet. Während die Radialdichtung durch die innere Mantelfläche des stählernen Dichtringes und der Mantelfläche der Welle gebildet wird, ist die axiale Dichtung durch die eine Stirnseite des stählernen Dichtringes und durch die Innenseite des Bordes der Außenhülse gestellt. An seiner äußeren Mantelfläche weist der Dichtring zur Außenhülse ein beträchtliches Spiel auf, sodass dort in axialer Richtung Öl durchtreten kann, welches dann die Axialdichtung zwischen Stirnseite des stählernen Dichtringes und Bord problemlos überwindet, weil diese Axialdichtung nicht sicher genug funktioniert. Dies ist dadurch bedingt, dass eine hundertprozentige senkrechte Ausrichtung des Bordes nicht möglich ist, sodass keine durchgehende Berührung zwischen stählernen Dichtring und Bord gegeben ist. Mit anderen Worten, die axiale Dichtung ist zu durchlässig.
Des Weiteren ist durch die DE 38 05 707 A1 ein Radialwälzlager bekannt, welches eine Außenhülse mit zumindest einem radial nach innen gerichteten Bord, einem Lagernadeln führenden Käfig und ein in einem durch den Bord und den Käfig begrenzten Ringraum angeordnetes Dichtelement umfasst, das aus einem polymeren Werkstoff besteht und als ein nach außen spreizender Dichtring ausgebildet ist, der radial nach außen an der inneren Mantelfläche der Außenhülse und radial nach innen an der Mantelfläche der Welle zur Anlage gelangt, so dass eine Radial-Radial-Abdichtung gebildet ist. Dabei ist die Außenhülse wenigstens an einer Umfangsstelle mit einer durch Ausstanzen oder durch Ausschneiden gebildeten Haltenase versehen, die die Mantelfläche der Außenhülse federnd überragt.
Nachteilig bei einem derartigen Radialwälzlager ist es jedoch, dass es bei einem Bewegen bzw. Mitdrehen des Dichtringes in der Außenhülse zu einem erhöhten Verschleiß des Dichtringes kommen kann.
Aufgabe der Erfindung
Ausgehend von den Nachteilen des bekannten Standes der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein bekanntes Radialwälzlager derart umzugestalten, dass die Dichtung verbessert und ein geringes Durchfließen von Schmiermittel gegeben ist sowie gleichzeitig ein Mitdrehen der Dichtung vermieden wird.
Beschreibung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Radial-Nadellager-Baueinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart gelöst, dass der Dichtring von der Außenhülse verdrehsicher aufgenommen ist, indem die Außenhülse wenigstens an einer Umfangsstelle im Bereich des Bordes mit einer Aussparung versehen ist, in die ein korrespondierend ausgebildeter Fortsatz des Dichtringes hineinragt.
Die erfindungsgemäß ausgebildete Radial-Nadellager-Baueinheit weist somit den Vorteil auf, dass zum einen die Dichtung so ausgestaltet ist, dass ein geringfügiger Durchtritt von Schmiermittel durch das Lager gewährleistet und zum anderen ein fester Sitz der Lageranordnung in einem Gehäuse realisiert ist. Durch eine geringfügige Überdeckung von Wellendurchmesser und Innendurchmesser des Dichtringes liegt dieser schleifend an der Mantelfläche der Welle an, sodass an dieser Stelle ein Schmiermitteldurchtritt durch das Lager verhindert ist. Gleichzeitig kann aber im Bereich der federnden Haltezunge geringfügig Schmiermittel das Lager passieren. Darüber hinaus wird ein erhöhter Verschleiß des Dichtrings durch Mitdrehen in der Außenhülse vermieden, indem dieser mit einer als Fortsatz ausgebildeten Verdrehsicherung versehen ist, die in eine Aussparung im Bord der Außenhülse hineinragt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 beschrieben.
So ist nach einem zusätzlichen Merkmal gemäß Anspruch 2 vorgesehen, dass der Dichtring aus Polytetrafluorethylen (PTFE) besteht. Wie der Fachmann weiß, zeichnet sich Polytetrafluorethylen durch eine hohe Temperaturbeständigkeit, kurzfristig sind Temperaturen bis 300° möglich, durch einen niedrigen Reibungskoeffizienten und durch eine hohe Beständigkeit gegen Schmiermittel aus. In diesem Zusammenhang kann es auch von Vorteil sein, wenn das Polytetrafluorethylen zusätzlich durch einen Faserwerkstoff verstärkt ist.
Es hat sich nach Anspruch 3 weiter als vorteilhaft erwiesen, dass der Dichtring an seiner Mantelfläche und seiner Stirnfläche teilweise von einer Winkelhülse umgeben ist. Diese sorgt dafür, dass der Dichtring in seiner Stabilität erhöht ist und dass ein Beschädigen des Dichtringes durch das Eingraben des Käfigs der Lagernadeln verhindert ist.
Nach einem anderen zusätzlichen Merkmal gemäß Anspruch 4 hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass die Haltenase im Bereich der Aussparung angeordnet ist. Wie bereits ausgeführt, ist durch diese gleichzeitige Anordnung sichergestellt, dass einerseits ein fester Sitz im Gehäuse gegeben ist und andererseits an dieser Stelle ein Durchtritt von Schmiermittel in geringem Maße möglich ist.
Schließlich ist es nach einem letzten Merkmal der Erfindung gemäß Anspruch 5 von Vorteil, dass die Außenhülse an zwei gegenüberliegenden Umfangsstellen mit je einer Aussparung und mit je einer Haltenase versehen ist. Einerseits ist dadurch ein fester Sitz im Gehäuse und andererseits die Minimierung des Schmiermitteldurchtritts möglich, die mit der weiter steigenden Anzahl von Haltenasen aufgehoben werden würde.
Figurenliste
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich der aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen, in denen zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung in vereinfachter Form dargestellt sind. Dabei zeigen:

1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Lageranordnung,
1A eine Draufsicht auf die Lageranordnung gemäß 1 im Bereich der Haltenasen,
2 eine Seitenansicht gemäß 1,
2A einen Schnitt entlang der Linie IIA-IIA in 2,
3 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Lageranordnung mit Welle,
3A eine vergrößerte Darstellung gemäß 3,
4 einen Längsschnitt durch eine zweite Variante der erfindungsgemäßen Lageranordnung und
4A eine vergrößerte Darstellung einer Einzelheit gemäß 4.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Die in 1 bis 3A dargestellte Radial-Nadellager-Baueinheit besteht aus der spanlos geformten dünnwandigen Außenhülse 1, die beidseitig, d. h. am linken und am rechten Rand je einen radial nach innen abgewinkelten Bord 2, 3 aufweist und in deren Aufnahmebohrung Lagernadeln 4 abrollen, die in einem Kä5 untergebracht sind. Die Lagernadeln 4 wälzen bei Rotation der Welle 6 um die Lagerachse 7 einerseits auf einer nicht näher bezeichneten Innenlaufbahn ab, die von der Mantelfläche der Welle 6 gestellt ist und andererseits auf einer ebenfalls nicht bezeichneten Außenlaufbahn ab, die von der innere Mantelfläche der Außenhülse 1 gebildet ist. Wie insbesondere aus 2A weiter erkennbar ist, ist zwischen dem Bord 2 der Außenhülse 1 und dem Kä5 ein nicht bezeichneter umlaufender Ringraum gebildet, in dem der Dichtring 8 untergebracht ist.
Weiterhin ist in 2 erkennbar, dass die Außenhülse 1 an zwei in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Stellen mit je einer Aussparung 9, 10 versehen ist, in die je ein axial ausgerichteter Fortsatz 11, 12 des Dichtringes 8 hineinragt, sodass der Dichtring 8 in der Außenhülse 1 durch Formschluss verdrehsicher gehalten ist. Wie insbesondere aus 1 ersichtlich, sind die Aussparungen 9, 10 sowohl im Bereich des Bordes 2 als auch teilweise im Bereich der Mantelfläche der Außenhülse 1 angeordnet, wobei die Umfangsausdehnung im Bordbereich 2 größer als im Bereich der Mantelfläche ist.
Des Weiteren ist in 2 erkennbar, dass im Bereich der Aussparungen 9, 10 je eine Haltenase 15, 16 angeordnet ist, die in Umfangsrichtung durch beidseitig angeordnete Freistiche 13, 14 begrenzt ist. Diese Haltenasen 15, 16 sind federnd ausgebildet und überragen die Mantelfläche der Außenhülse 1 und sorgen so für einen festen Sitz der erfindungsgemäßen Radial-Nadellager-Baueinheit in einem nicht dargestellten Gehäuse.
Aus 3A geht weiterhin hervor, dass der Dichtring 8 von einer Winkelhülse 17 aus einem Stahlwerkstoff zumindest teilweise umschlossen ist, wobei die Winkelhülse 17 einen radial verlaufenden Schenkel 18 und einen axial verlaufenden Schenkel 19 besitzt. Durch diese Winkelhülse 17 wird der Dichtring 11 stabilisiert. Ein weiterer Vorteil der Winkelhülse 17 besteht darin, dass sich der die Lagernadeln 4 führende Kä5 nicht in den Dichtring 8 eingraben kann. Ebenso ist in 3A erkennbar, dass sich der radial verlaufende Schenkel 18 der Winkelhülse 17 nicht bis zur Mantelfläche der Welle 6 erstreckt, sodass eine einwandfreie Dichtung gegeben ist.
Die Dichtwirkung der erfindungsgemäßen Radial-Nadellager-Baueinheit bzw. deren geringfügige Durchtrittsmöglichkeit für Schmiermittel wird anhand der 3 und 3A näher erläutert.
Tritt nun gemäß dem Pfeil in 3 Schmiermittel von rechts ein, so wird es zunächst durch den nicht bezeichneten Spalt, der vom Bord 3 der Außenhülse 1 und der Mantelfläche der Welle 6 begrenzt ist, in das Lagerinnere eintreten. Danach gelangt es über die Zwischenräume zwischen den in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten Lagernadeln 4 nach links, wo es schließlich in den Bereich eindringt, der einerseits von den Stirnflächen der Lagernadeln 4 und andererseits vom Dichtring 8 begrenzt ist. Wie ein Blick auf die vergrößerte Darstellung in 3A zeigt, bestehen nun zwei Möglichkeiten des Schmiermittels das Lager nach außen zu verlassen. Einmal durch die Dichtfläche 20, die von der Mantelfläche der Welle 6 und der Dichtlippe 22 des Dichtringes 8 gebildet ist und andererseits durch die Dichtfläche 21, die vom axial verlaufenden Schenkel 19 der Winkelhülse 17 und der Außenhülse 1 gebildet ist. Dadurch, dass die Dichtfläche 21 nach außen federnde Haltenasen 15, 16 aufweist, wird unter sich aufbauenden Druck das Schmiermittel das Lager im Bereich dieser Haltenasen 15, 16 eher verlassen als im Bereich der Dichtfläche 20. Die Dichtfläche 20 ist aufgrund ihrer Überdeckung in Umfangsrichtung gleichmäßig ausgebildet, während die Dichtfläche 21 in Umfangsrichtung durch die federnden Haltenasen 15, 16 geringfügig unterbrochen ist, sodass an dieser Stelle die gewünschte Leckage in einem sehr geringen Ausmaß realisiert werden kann.
In den 4 und 4A ist eine weitere Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Lageranordnung gezeigt. Diese unterscheidet sich von der in den 1 bis 3A beschriebenen lediglich dadurch, dass der Dichtring 8 nicht mit der Winkelhülse 17 ausgestaltet ist. Er liegt daher mit seiner äußeren Mantelfläche direkt an der inneren Mantelfläche der Außenhülse 1 an.
Bezugszeichenliste

1: Außenhülse
2: Bord
3: Bord
4: Lagernadel
5: Käfig
6: Welle
7: Lagerachse
8: Dichtring
9: Aussparung
10: Aussparung
11: Fortsatz
12: Fortsatz
13: Freistich
14: Freistich
15: Haltenase
16: Haltenase
17: Winkelhülse
18: radial verlaufender Schenkel
19: axial verlaufender Schenkel
20: Dichtfläche
21: Dichtfläche
22: Dichtlippe

Claims

Radial-Nadellager-Baueinheit zur Lagerung einer Welle (6), umfassend eine Außenhülse (1) mit zumindest einem radial nach innen gerichteten Bord (2), einem Lagernadeln (4) führenden Käfig (5) und ein in einem durch den Bord (2) und den Käfig (5) begrenzten Ringraum angeordnetes Dichtelement, welches aus einem polymeren Werkstoff besteht und als ein nach außen spreizender Dichtring (8) ausgebildet ist, der radial nach außen an der inneren Mantelfläche der Außenhülse (1) und radial nach innen an der Mantelfläche der Welle (6) zur Anlage gelangt, so dass eine Radial-Radial-Abdichtung (20, 21) gebildet ist, wobei die Außenhülse (1) wenigstens an einer Umfangsstelle mit einer durch Ausstanzen oder durch Ausschneiden gebildeten Haltenase (15, 16) versehen ist, die die Mantelfläche der Außenhülse (1) federnd überragt, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (8) von der Außenhülse (1) verdrehsicher aufgenommen ist, indem die Außenhülse (1) wenigstens an einer Umfangsstelle im Bereich des Bordes (2) mit einer Aussparung (9, 10) versehen ist, in die ein korrespondierend ausgebildeter Fortsatz (11, 12) des Dichtringes (8) hineinragt.
Radial-Nadellager-Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (8) aus Polytetrafluorethylen (PTFE) besteht.
Radial-Nadellager-Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (8) an seiner Mantelfläche und seiner Stirnfläche teilweise von einer Winkelhülse (17) umgeben ist.
Radial-Nadellager-Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltenase (15, 16) im Bereich der Aussparung (9, 10) angeordnet ist.
Radial-Nadellager-Baueinheit nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhülse (1) an zwei gegenüberliegenden Umfangsstellen mit je einer Aussparung (9, 10) und mit je einer Haltenase (15, 16) versehen ist.