DE102010014742A1

DE102010014742A1 - Faltenbalglager

Info

Publication number: DE102010014742A1
Application number: DE102010014742A
Authority: DE
Inventors: Sierra Kleberson; Jesiel Costa; Edson Fescina
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-04-13
Filing date: 2010-04-13
Publication date: 2011-10-13
Also published as: BRPI1101517A8; BRPI1101517A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Faltenbalglager (1, 41), umfassend ein Wälzlager (3, 43) mit einem inneren Lagerring (7, 47) und einem relativ zu dem inneren Lagerring (7, 47) um eine zentrale Drehachse drehbaren äußeren Lagerring (9, 49), sowie einen Faltenbalg (5, 45), der am äußeren Lagerring (9, 49) befestigt ist, wobei zwischen den beiden Lagerringen (7, 9, 47, 49) ein Lagerinnenraum (13, 51) ausgebildet ist. Als Wälzkörper sind im Lagerinnenraum (13, 51) sowohl Kugeln (19, 57) als auch bezüglich ihrer Längsachse axial ausgerichtete Rollen (21, 59) vorgesehen. Ein solches Faltenbalglager (1, 41) ermöglicht an einer rotierenden Welle eine sichere und dauerhafte Abdichtung.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Faltenbalglager, umfassend ein Wälzlager mit einem inneren Lagerring und einem relativ zu dem inneren Lagerring um eine zentrale Drehachse drehbaren äußeren Lagerring, sowie einen Faltenbalg, der am äußeren Lagerring befestigt ist, wobei zwischen den beiden Lagerringen ein Lagerinnenraum ausgebildet ist und wobei innerhalb des Lagerinnenraums Wälzkörper angeordnet sind.
Hintergrund der Erfindung
Ein Faltenbalglager der eingangs genannten Art wird üblicherweise zur äußeren Abdichtung einer Durchführung einer Welle beispielsweise in einen Getrieberaum, in ein Differential oder dergleichen verwendet. Es dichtet gegenüber einem Eindringen von Schmutzpartikeln von außen und gegenüber einem Durchtritt von Schmiermitteln von innen ab. Das Faltenbalglager ist hierbei auf der Welle, wie beispielsweise einer Antriebswelle, positioniert. Am anderen Ende ist der Faltenbalg fixiert. Die Welle erfährt im Betrieb Oszillationen bzw. Erschütterungen und ist gegebenenfalls axial verschiebbar gelagert. Dies bringt im Betrieb mechanische Belastungen für das Wälzlager, insbesondere unerwünschte Verkippungen der Lagerringe, was nachteiligerweise zu einer mangelnden Dichtfunktionalität führen kann.
Aus der EP 0 394 683 A1 ist ein solches Faltenbalglager mit einem Wälzlager bekannt, welches für Antriebswellen in Kraftfahrzeugen eingesetzt wird. Das Wälzlager ist mit zwei Lagerringen und dazwischen angeordneten, als Kugeln ausgebildeten Wälzkörpern ausgestaltet. Das Wälzlager ist mit seinem inneren Lagerring an der Welle befestigt und mittels eines Dichtelements zwischen den Lagerringen abgedichtet. Der Faltenbalg ist am äußeren Lagerring befestigt.
Aufgabe der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Faltenbalglager anzugeben, welches gegenüber der Welle einen langen Erhalt der Dichtfunktion des Wälzlagers ermöglicht.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Faltenbalglager mit der Merkmalskombination gemäß Anspruch 1.
Demnach umfasst das Faltenbalglager ein Wälzlager mit einem inneren Lagerring und einem relativ zum inneren Lagerring um eine zentrale Drehachse drehbaren äußeren Lagerring, sowie einen Faltenbalg, der am äußeren Lagerring befestigt ist, wobei zwischen den beiden Lagerringen ein Lagerinnenraum ausgebildet ist. Hierbei ist vorgesehen, als Wälzkörper im Lagerinnenraum sowohl Kugeln als auch bezüglich ihrer Längsachse axial ausgerichtete Rollen anzuordnen.
Die Erfindung geht dabei davon aus, dass die Bewegungen der Welle im Betrieb insbesondere zu einem Verkippen der Lagerringe zueinander führen kann. Dies kann als Folge beispielsweise die Ausbildung eines Spalts zwischen einem dort vorgesehenen Dichtelement und einem Lagerring bedingen. Dementsprechend kann das Wälzlager seine gewünschte Funktion hinsichtlich der Abdichtung nicht mehr fehlerfrei erfüllen. Durch eine axiale Verkippung wird zudem die Lebensdauer des Wälzlagers wegen des erhöhten mechanischen Verschleißes verkürzt.
In einem weiteren Schritt berücksichtigt die Erfindung, dass ein Verkippen der Lagerringe durch die Verwendung von axial ausgerichteten Rollen anstelle von Kugeln verhindert werden könnte. Bei Einsatz von Rollen kann das Wälzlager jedoch keine axialen Kräfte mehr aufnehmen.
Unter Berücksichtigung dieser Überlegung erkennt die Erfindung, dass durch ein Faltenbalglager, welches ein Wälzlager sowohl mit Kugeln als auch Rollen verwendet, der gewünschte Vorteil eintritt. Durch die Verwendung von Kugeln kann axiale Last aufgenommen werden. Durch die Verwendung von axial ausgerichteten Rollen kann ein Verkippen der Lagerringe zueinander verhindert werden. Die axiale Steifigkeit des Wälzlagers wird erhöht.
Für die Lagerringe und Wälzkörper sind verschiedene Werkstoffe denkbar. Beispielsweise sind sie aus durchgehärtetem Chromstahl oder auch Einsatzstahl gefertigt. Im Hinblick auf die Belastungen eines Lagers können sie unter Berücksichtigung der Betriebsverhältnisse, wie beispielsweise Temperatureinflüsse oder Korrosion insbesondere aus temperaturfesten oder nichtrostenden Stählen, Kunststoff oder Keramik gefertigt sein.
Der Faltenbalg kann aus Materialien nach den jeweiligen Erfordernissen individuell gefertigt sein. Er kann beispielsweise als eine elastische Manschette aus Gummi oder Kunststoff bestehen. Der Faltenbalg dient neben dem Schutz der sich mechanisch gegeneinander verschiebbaren Maschinenteile vor eindringenden Fremdkörpern auch dazu, Fremdeinflüsse fernzuhalten. Der Kunststoff kann hierbei beispielsweise in seiner Härte, Elastizität, Temperaturbeständigkeit und chemischen Resistenz an die jeweils geforderten Umstände angepasst werden.
Bevorzugt sind die Kugeln und die Rollen in Umfangsrichtung im Wechsel angeordnet. Hierdurch werden die wirkenden Kräfte gleichmäßig auf die jeweiligen Wälzkörper verteilt. Hierdurch kann auch eine ungleichmäßige Abnutzung der Bauteile vermieden werden.
Die Kugeln und Rollen sind insbesondere entlang einer gemeinsamen Umfangslinie angeordnet. In diesem Fall muss kein zusätzlicher Bauraum zur Verfügung gestellt werden. Die Dimension des Lagers kann unverändert beibehalten werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Kugeln und die Rollen jeweils in axial benachbarten Reihen angeordnet. Demnach ist ein doppelreihiges Wälzlager mit einer Kugelreihe und einer zu dieser Kugelreihe benachbarten Rollenreihe ausgebildet. Die Kugelreihe nimmt insbesondere die auf die Lagerringe wirkende axiale Last auf, wobei die Rollenreihe zusätzlich ein Verkippen der Lagerringe zueinander verhindert.
In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung sind die Kugeln und die Rollen in einem gemeinsamen Käfig angeordnet. Bei einer Anordnung der Kugeln und Rollen entlang einer gemeinsamen Umfangsrichtung kann so beispielsweise bei einem vorbekannten Wälzlager der Käfig für Kugeln durch einen neuen Käfig für Kugeln und Rollen ausgetauscht werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist weiter der Durchmesser der Kugeln größer als der Durchmesser der Rollen. Diese Ausgestaltung bietet nämlich die Möglichkeit, einen gemeinsamen Käfig für die Kugeln und Rollen zu konzipieren, der in den Lagerinnenraum eines vorhandenen Wälzlagers anstelle eines Käfigs für Kugeln eingelegt werden kann.
Dazu weisen in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die Lagerringe jeweils eine konkave Laufbahn zur Aufnahme und Führung der Kugeln und dazu benachbarte axiale Auflageflächen auf, an denen die gegenüber den Kugeln axial überstehenden Rollen geführt sind. Eine derartige Ausgestaltung der Lagerringe kann einfach realisiert werden und ist als solche ohnehin bereits bei Einprägung einer Nut zur Aufnahme der Kugeln gegeben, so dass der Käfig mit Kugeln ohne Mehraufwand durch einen Käfig mit Kugeln und mit axial überstehenden Rollen kleineren Durchmessers ersetzt werden kann, ohne dass mehr Bauraum benötigt werden würde.
Der Käfig für die Wälzkörper selbst kann aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sein. Der Standard-Werkstoff für Blechkäfige ist Stahl, für manche Anwendungen auch Messing. Als Massivkäfige werden beispielsweise Messing-, Stahl- oder Hartgewebe-Käfige eingesetzt. Weiterhin sind auch Käfige aus thermoplastischen Kunststoffen, insbesondere solche aus glasfaserverstärktem Polyamid anwendbar.
Der Lagerinnenraum des Wälzlagers ist insbesondere durch wenigstens ein Dichtelement abgedichtet. Hierbei können unterschiedliche Dichtkomponenten vorgesehen sein, die den jeweiligen Anforderungen entsprechend angebracht werden können. Die gängigsten Dichtungsarten sind Spalt- und Lippendichtungen. Beispielsweise ist eine Dichtlippe denkbar, die am äußeren Lagerring befestigt ist und entlang einer Dichtungslaufbahn am inneren Lagerring läuft. Alternativ sind allerdings auch Dichtringe oder Abdichtkappen zur Abdichtung des Lagerinnenraums denkbar.
Grundsätzlich können die Lagerringe aus verschiedenen Materialien gefertigt werden. Insbesondere sind der äußere Lagerring und/oder der innere Lagerring aus einem metallischen Werkstoff gefertigt. Die Lagerringe können hierbei den ständig steigenden Anforderungen an die Bauteilfestigkeit von Wälzlagern angepasst werden. Sie können mittels bekannter Herstellungsverfahren gefertigt werden. Dabei stellt beispielsweise eine Kaltumformung wie beispielsweise ein Tiefziehen eine kostengünstige Variante dar.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
1 ein Faltenbalglager mit einem Wälzlager in einem Längsschnitt,
2 das Wälzlager des Faltenbalglagers gemäß 1 in einem Schnitt durch die Wälzkörper, und
3 ein Faltenbalglager mit einem doppelreihigen Wälzlager in einem Längsschnitt.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
In 1 ist ein Faltenbalglager 1 mit einem Wälzlager 3 und einem Faltenbalg 5 in einem Längsschnitt gezeigt. Das Wälzlager 3 umfasst einen inneren Lagerring 7 und einen relativ zu diesem um eine zentrale Drehachse drehbaren äußeren Lagerring 9. Beide Lagerringe 7, 9 sind als Blechumformteile gefertigt. Das Wälzlager 3 ist mit dem inneren Lagerring 7 auf einer Führungshülse 11 befestigt, der auf einer nicht eingezeichneten Welle geführt wird.
Der Faltenbalg 5 ist aus einem Kunststoff gefertigt und am Außenumfang des äußeren Lagerrings 9 befestigt. Zwischen dem inneren Lagerring 7 und dem äußeren Lagerring 9 ist ein Lagerinnenraum 13 ausgebildet, in dem sich ein Käfig 15 befindet. In dem gemeinsamen Käfig 15 sind als Wälzkörper sowohl Kugeln 19 als auch zylindrische Rollen 21 ausgebildet. Die Rollen 21 sind bezüglich ihrer Längsachse axial ausgerichtet.
Die Kugeln 19 und Rollen 21 sind im Käfig 15 mit jeweils gleichem Abstand zueinander gehalten. In Umfangsrichtung wechseln sich Kugeln 19 und Rollen 21 ab. Der Durchmesser der Kugeln 19 ist hierbei größer als der Durchmesser der Rollen 21. Die Rollen 21 ragen axial über die Kugeln 19 hinaus. Sowohl der innere Lagerring 7 als auch der äußere Lagerring 9 weisen jeweils eine umlaufende konkave Laufbahn 23, 25 zur Führung der Kugeln 19 auf. Die im Durchmesser gegenüber den Kugeln 19 verringerten Rollen 21 laufen mit ihren axial die Kugeln 19 überstehenden Bereichen auf den der konkaven Laufbahn 23, 25 jeweils benachbarten axialen Auflageflächen 27, 29. Ein herkömmliches Wälzlager mit Kugeln als Wälzkörper weist hinsichtlich der Lagerringe 7, 9 bereits die dargestellte Geometrie auf. Ein Käfig 15 mit den gezeigten Kugeln 19 und Rollen 21 kann einfach in ein solches bestehendes Wälzlager anstelle eines Käfigs nur für Kugeln ausgetauscht werden, ohne dass eine bauliche Anpassung notwendig werden würde.
Über die Kugeln 19, die sich an den konkaven Laufbahnen 23, 25 abstützen, kann das Wälzlager 1 axiale Kräfte aufnehmen. Die axialen Rollen 21 verhindern ein Verkippen der Lagerringe 7, 9 zueinander. Die axiale Steifigkeit des Wälzlagers 1 ist somit deutlich erhöht.
Zur Abdichtung des Lagerinnenraums 13 ist sind auf beiden Seiten des Wälzlagers 3 Dichtelemente 31, 33 vorgesehen. Die Dichtelemente 31, 33 sind in 1 nicht näher spezifiziert und können den Anforderungen entsprechend angepasst werden. Sie dichten den Lagerinnenraum zuverlässig ab. Dadurch, dass die axiale Steifigkeit des Wälzlagers 1 erhöht ist, bleibt die Dichtfunktionalität lange erhalten.
In 2 ist ein Schnitt durch die Kugeln 19 des Wälzlagers 3 gemäß 1 gezeigt. Man erkennt die in Umfangsrichtung wechselweise Anordnung der Kugeln 19 und Rollen 21 im Käfig 15 des Wälzlagers 3, die eine gleichmäßige Verteilung der Kräfte über den gesamten Umfang des Wälzlagers 3 ermöglicht.
Die im Durchmesser größeren Kugeln 19 sind in den umlaufenden konkaven Laufbahnen. Die Rollen 21 sind auf den radial weiter innen liegenden axialen Auflageflächen angelegt.
In 3 ist ein Faltenbalglager 41 mit einem Wälzlager 43 und einem Faltenbalg 45 in einem Längsschnitt gezeigt. Im Unterschied zu 1 ist das Wälzlager 43 hier als ein doppelreihiges Lager ausgebildet. Zwischen dem inneren Lagerring 47 und dem äußeren Lagerring 49 des Wälzlagers 43 ist der Lagerinnenraum 51 ausgebildet, in dem sich ein Käfig 53 mit Kugeln 75 und ein hierzu axial versetzter zweiter Käfig 55 mit zylindrischen Rollen 59 befinden. Die Rollen 59 sind bezüglich ihrer Längsachse axial ausgerichtet. Mit anderen Worten sind die Kugeln 57 und die Rollen 59 somit in zwei zueinander in axialer Richtung benachbarten Reihen 61, 63 angeordnet. Durch die Anordnung jeweils in Käfigen 53, 55 sind die Kugeln 57 und Rollen 59 in Umfangsrichtung voneinander fest beabstandet positioniert.
Die Kugeln 57 im Käfig 53 sind in umlaufenden konkaven Laufbahnen 65, 67 geführt. Alle Kugeln 57 haben den gleichen Durchmesser, wobei dieser größer ist als der Durchmesser der Rollen 59. Zum Halten der Rollen 59 weisen beide Lagerringe 47, 49 jeweils eine axiale Auflagefläche 69, 71 auf. Die axiale Auflageflächen 69, 71 sind den konkaven Laufbahnen 65, 67 benachbart ausgebildete. Die Führung der Rollen 59 geschieht über den Käfig 55, was hier nicht näher dargestellt ist.
Durch ein doppelreihiges Wälzlager 43 wie dargestellt wird eine axiale Verschiebung ebenso wie ein Verkippen der Lagerringe 47, 49 zueinander sicher verhindert.
Zur Abdichtung des Lagerinnenraums 51 sind, wie auch in 1, auf beiden Seiten des Wälzlagers 43 Dichtelemente 73, 75 vorgesehen, die den Lagerinnenraum 51 zuverlässig abdichten. Die Dichtelemente 73, 75 sind nicht näher spezifiziert und können den Anforderungen entsprechend angepasst werden.
Bezugszeichenliste

1: Faltenbalglager
3: Wälzlager
5: Faltenbalg
7: innerer Lagerring
9: äußerer Lagerring
11: Führungshülse
13: Lagerinnenraum
15: Käfig
19: Kugeln
21: Rollen
23: Laufbahn
25: Laufbahn
27: Auflagefläche
29: Auflagefläche
31: Dichtelement
33: Dichtelement
41: Faltenbalglager
43: Wälzlager
45: Faltenbalg
47: innerer Lagerring
49: äußerer Lagerring
51: Lagerinnenraum
53: Käfig
55: Käfig
57: Kugeln
59: Rollen
61: Wälzkörperreihe
63: Wälzkörperreihe
65: Laufbahn
67: Laufbahn

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0394683 A1 [0003]

Claims

Faltenbalglager (1, 41), umfassend ein Wälzlager (3, 43) mit einem inneren Lagerring (7, 47) und einem relativ zu dem inneren Lagerring (7, 47) um eine zentrale Drehachse drehbaren äußeren Lagerring (9, 49), sowie einen Faltenbalg (5, 45), der am äußeren Lagerring (9, 49) befestigt ist, wobei zwischen den beiden Lagerringen (7, 9, 47, 49) ein Lagerinnenraum (13, 51) ausgebildet ist, und wobei als Wälzkörper im Lagerinnenraum (13, 51) sowohl Kugeln (19, 57) als auch bezüglich ihrer Längsachse axial ausgerichtete Rollen (21, 59) vorgesehen sind.
Faltenbalglager (1, 41) nach Anspruch 1, wobei die Kugeln (19, 57) und Rollen (21, 59) in Umfangsrichtung im Wechsel angeordnet sind.
Faltenbalglager (1, 41) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kugeln (19, 57) und die Rollen (21, 59) entlang einer gemeinsamen Umfangslinie angeordnet sind.
Faltenbalglager (1, 41) nach Anspruch 1, wobei die Kugeln (19, 57) und die Rollen (21, 59) jeweils in axial benachbarten Reihen angeordnet sind.
Faltenbalglager (1, 41) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Lagerinnenraum (13, 51) ein Käfig (15, 53, 55) angeordnet ist, in dem die Kugeln (19, 57) und die Rollen (21, 59) gemeinsam angeordnet sind.
Faltenbalglager (1, 41) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Durchmesser der Kugeln (19, 57) größer ist als der Durchmesser der Rollen (21, 59).
Faltenbalglager (1, 41) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lagerringe (7, 9, 47, 49) jeweils eine konkave Laufbahn (23, 25, 65, 69) zur Aufnahme der Kugeln (19, 57) und dazu benachbarte axiale Auflageflächen (27, 29, 69, 71) aufweisen, an denen die Rollen (21, 59) geführt sind.
Faltenbalglager (1, 41) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Faltenbalg (5, 45) aus einem Kunststoff besteht.
Faltenbalglager (1, 41) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Lagerinnenraum (13, 51) durch wenigstens ein Dichtelement (31, 33, 73, 75) abgedichtet ist.
Faltenbalglager (1, 41) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der äußere Lagerring (9, 49) und/oder der innere Lagerring (7, 47) aus einem metallischen Werkstoff gefertigt ist/sind.