DE102004053079B3 - Lageranordung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung, bestehend aus mindestens einem Lager (1, 2), das ein drehbar zu lagerndes Bauteil (3) relativ zu einem Gehäuse (4) lagert, wobei das Lager (1, 2) einen Innenring (5), einen Außenring (6) und zwischen Innenring (5) und Außenring (6) angeordnete Wälzkörper (7) aufweist, wobei im Raum (8) zwischen Innenring (5) und Außenring (6) Schmierfett angeordnet ist und wobei der Raum (8) mittels eines Dichtelements (9) gegen die Umgebung abgedichtet ist. Um die Fettlebensdauer zu verlängern, ist die Lageranordnung erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine Fettleitung (10), die zwischen den beiden axialen Endbereichen (11, 12, 13) der Wälzkörper (7) eine fluidische Verbindung herstellt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung, bestehend aus mindestens einem Lager, das ein drehbar zu lagerndes Bauteil relativ zu einem Gehäuse lagert, wobei das Lager einen Innenring, einen Außenring und zwischen Innenring und Außenring angeordnete Wälzkörper aufweist, wobei im Raum zwischen Innenring und Außenring Schmierfett angeordnet ist, wobei der Raum mittels eines Dichtelements gegen die Umgebung abgedichtet ist, wobei eine Fettleitung vorgesehen ist, die zwischen den beiden axialen Endbereichen der Wälzkörper eine fluidische Verbindung herstellt und wobei die Fettleitung zumindest abschnittsweise aus Bohrungsabschnitten besteht, wobei mindestens ein Bohrungsabschnitt einen Lagerring und/oder das Gehäuse durchsetzt.
  • Lageranordnungen dieser Art sind im Stand der Technik bekannt. Das Lager wird mit einer vorgegebenen Menge Schmierfett gefüllt, wobei gegen das Ausfließen des Fetts aus dem Zwischenraum zwischen Lagerinnenring und Lageraußenring eine Dichtung vorgesehen ist.
  • Obwohl eine relativ große Menge Schmierfett in den zu schmierenden Raum eingefüllt wird, ist die Fettmenge, die aktiv an der Schmierung des Lagers beteiligt ist, relativ gering. Der größte Teil des eingebrachten Fetts ist passiv, er gelangt im zeitlichen Verlauf nicht an die Stellen mit Wälzkontakt, wo das Fett benötigt wird. Aus diesem Grunde muss die entstehende Wärme am Wälzkontakt weitgehend über die metallischen Lagerkomponenten abgeführt werden; das Fett ist hierzu kaum geeignet. Die Erwärmung des Lagers ist daher relativ hoch, so dass die Lebensdauer des Fetts stark begrenzt ist.
  • Im Stand der Technik sind – im Unterschied zu den gattungsgemäß genannten Lageranordnungen mit Fettschmierungen – Konzepte bekannt, die auf eine Ölschmierung abstellen. Hierfür gelten grundsätzlich andere Aspekte, da das Öl im Verhältnis zum Fett eine geringe Viskosität aufweist und daher andere Schmierverfahren möglich sind. Dabei ist vielfach vorgesehen, dass das Öl zwangsweise oder mittels eines Selbstpumpeffekts durch den Lagerbereich gefördert wird, so dass eine verbesserte Schmierung des Lagers möglich wird. Derartige Lösungen sind beispielsweise in der DE 79 06 703 U1 , der DE 89 12 621 U1 , der EP 0 232 978 B1 , der JP 06-017834 (abstract) und der JP 2003 206938 A (abstract) beschrieben.
  • Eine spezielle Lageranordnung, mit der erreicht werden soll, dass das Lager bei seiner Rotation eine Ölpumpwirkung erzeugt, ist beispielsweise aus der US 4,129,344 und der WO 94/24446 A1 bekannt. Ähnliche Lösungen sind aus der DE 28 04 811 A1 , aus der DE 296 08 800 U1 , aus der JP 2003206938 A (abstract) und aus der DE 40 07 881 A1 bekannt.
  • Gemäß der DE 43 37 466 A1 ist vorgesehen, dass die Wälzkörper eines Kegelrollenlagers mit Bohrungen versehen sind, die Kanäle für den Durchtritt des Schmieröls bilden.
    •
  • Der Erfindung liegt im Lichte der vorgenannten Nachteile von fettgeschmierten Lageranordnungen die Aufgabe zugrunde, eine Lageranordnung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass eine möglichst große Menge des insgesamt in das Lager eingebrachten Fetts aktiv an der Schmierung des Lagers teilnimmt. Damit soll die entstehende Wärme auch in erheblichem Maße durch das Fett selber abgeführt werden. Die Erwärmung des Lagers soll daher gering gehalten werden. Damit soll schließlich die Fett-Lebensdauer im Vergleich mit bekannten Werten verlängert werden.
  • Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Lager durch zwei Kegelrollenlager gebildet wird, die in O-Anordnung positioniert sind, wobei ein Bohrungsabschnitt der Fettleitung sich radial erstreckend und das Gehäuse durchsetzend zwischen den beiden Wälzkörperreihen der beiden Kegelrollenlager angeordnet ist, wobei dieser Bohrungsabschnitt über die weiteren Bohrungsabschnitte mit den vom Bohrungsabschnitt abgewandten axialen Endbereichen der Lagerreihen in fluidischer Verbindung steht und wobei die fluidische Verbindung durch einen Bohrungsabschnitt hergestellt wird, der parallel zur Achse der Lager verläuft und der sich vom einen axialen Endbereich des einen Lagers bis zum anderen axialen Endbereich des anderen Lagers durchgehend erstreckt.
  • Die fluidische Verbindung erlaubt, dass erwärmtes Fett, das in seiner Viskosität im Vergleich mit dem Normalzustand bei Umgebungstemperatur reduziert ist, einen langsamen Fluss durch die zu schmierende Stelle des Lagers nehmen kann, wodurch auch solche Fettvolumina, die normalerweise an der Schmierung unbeteiligt wären, zum Einsatz kommen. Damit erhöht sich die Fett-Lebensdauer erheblich, und auch die Temperatur der Lagerstelle kann geringer gehalten werden.
  • Die Fettleitung kann auch zumindest abschnittsweise durch Spalte zwischen aneinander angrenzenden Bauteilen gebildet werden, wobei insbesondere an Spalte zwischen dem Gehäuse und den Lagerringen, vorzugsweise den Außenringen, gedacht ist.
  • Um den Fluss von Fett durch die Fettleitung zu erleichtern, kann vorgesehen werden, dass die Fettleitung im Bereich von Umlenkstellen mit Rundungen versehen ist. Generell kann vorgesehen sein, dass die Fettleitung aerodynamisch günstig ausgeformt ist.
  • Die Erfindung stellt auf die Beobachtung ab, dass insbesondere Kegelrollenlager und ähnliche Lagertypen bei Rotation einen gewissen Pumpeffekt erzeugen, der auch für den Transport von an sich festem Fett benutzt werden kann. Dieser Pumpeffekt wird für die Aktivierung desjenigen Fettvolumens herangezogen, der ohne das erfindungsgemäße Konzept nicht in Benutzung geraten würde. Die „Druckseite" des Lagers wird mit der „Saugseite" über die Fettleitung verbunden. Ist das benutzte Fett – infolge der Benutzung leicht erwärmt – in den Bereich der „Saugseite" in die Fettleitung geraten, kann es über diese zur „Druckseite" geleitet werden. Durch die somit erfolgende Zirkulation von Fett wird das gesamte Fettvolumen für die Schmierung genutzt, wodurch der Wärmeabtransport durch das Fett erfolgen kann. In der Folge erhöht sich die Lebensdauer des Fetts signifikant.
  • Das Erfindungskonzept kommt besonders gut dann zum Einsatz, wenn auf besondere Mittel zur Erzeugung eines Pumpeffekts gänzlich verzichtet wird und dieser ausschließlich dadurch erreicht wird, dass die Wälzkörper an ihren axialen Enden auf unterschiedlichen Durchmessern liegen, wie dies beispielsweise und insbesondere für ein Kegelrollenlager gilt.
    •
  • In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
  • 1 den Schnitt durch eine Lageranordnung bestehend aus einem zweireihigen Kegelrollenlager und
  • 2 eine zu 1 modifizierte Ausführungsform.
  • In 1 ist der Schnitt durch eine Lageranordnung skizziert, bei der zwei Kegelrollenlager 1 und 2 zum Einsatz kommen. Gelagert wird eine Welle 3, die relativ zu einem Gehäuse 4 zu lagern ist. Die beiden Lager 1, 2 haben jeweils einen Innenring 5 und einen Außenring 6, zwischen denen Kegelrollen 7 in bekannter Weise positioniert sind. Der Raum 8 zwischen Innenring 5 und Außenring 6 ist dabei mit einem vorgegebenen Volumen Fett versehen. Damit dieses nicht aus dem Lager 1, 2 abfließen kann, ist ein Dichtelement 9 vorgesehen, wobei alle üblichen Arten von Dichtungen zum Einsatz kommen können.
  • Wie 1 zu entnehmen ist, liegen in den beiden axialen Endbereichen 11 und 12 des Lagers 1 bzw. in den beiden axialen Endbereichen 12 und 13 des Lagers 2 die Kegelrollen – aufgrund des Winkels, unter dem sie im Lager angeordnet sind – auf unterschiedlichen Durchmessern. Im axialen Endbereich 11 des Lagers 1 liegt der Durchmesser D1 vor, im axialen Endbereich 12 des Lagers 1 der Durchmesser D2. Entsprechend beträgt der Durchmesser im axialen Endbereich 12 des Lagers 2 D3, während er für den axialen Endbereich 13 des Lagers 2 mit D4 angegeben ist.
  • Aufgrund der unterschiedlichen Durchmesser D1 bzw. D2 für das Lager 1 bzw. D3 bzw. D4 für das Lager 2 kommt es infolge der Fliehkraftwirkung bei Drehung des Lagers 1, 2 zu einem „Pumpeffekt". Um diesen zum Transport von Fett durch das Lager 1, 2 zu nutzen, ist eine Fettleitung 10 vorhanden.
  • Wie 1 entnommen werden kann, besteht dort die Fettleitung 10 aus insgesamt vier Bohrungsabschnitten 14, 15, 16 und 17. Der Bohrungsabschnitt 15 ist – sich radial erstreckend und das Gehäuse 4 durchsetzend – zwischen den beiden Wälzkörperreihen im axialen Endbereich 12 zwischen den beiden Lagern 1, 2 angeordnet. In den axialen Endbereichen 11 bzw. 13 sind gleichermaßen Bohrungsabschnitte 14 und 16 vorhanden, die sich radial erstrecken und das Gehäuse 4 bzw. seine Anbauteile durchsetzen. Der quer zu den Bohrungsabschnitten 14, 15 und 16 verlaufende Bohrungsabschnitt 17 verbindet die Bohrungsabschnitte 14, 15 und 16 und schafft damit eine fluidische Verbindung zwischen den axialen Endbereichen 11 und 12 des Lagers 1 bzw. 12 und 13 des Lagers 2.
  • Wie anhand der eingetragenen Pfeile illustriert ist, kommt es damit zu einer Förderung von Fett durch den Fettkanal 10, so dass sich der Strom des Fetts auch durch den Raum zwischen Innenring 5 und Außenring 6 und durch den Bereich der Kegelrollen 7 fortsetzt und hier für den gewünschten Wärmetransport sorgt.
  • Die Zirkulation des Fetts wird durch Fett einer niedrigen Konsistenzklasse begünstigt (z. B. NLG1 < 0/00, „Fließfett"). Ferner wird die Fettförderung durch den Fettkanal 10 auch durch Rundungen 18 in der Fettleitung 10 begünstigt. Generell gilt, dass die Fettleitung 10 aerodynamisch günstig ausgebildet ist, um einen geringen Strömungswiderstand zu bieten.
  • In 2 ist eine etwas andere Ausgestaltung der Erfindung skizziert. Hier wird eine Ritzelwelle 3 eines Hinterachsgetriebes gelagert, wobei wieder eine zweireihige Kegelrollenlagerung zum Einsatz kommt. Die Lager 1, 2 sind wieder – wie auch beim Ausführungsbeispiel gemäß 1 – unterschiedlich ausgebildet.
  • Hier ist zu sehen, dass die Fettleitung 10 durch Spalte im Bereich der Grenzflächen zweiter benachbarter Bauteile ausgebildet werden kann, z. B. zwischen Lageraußenring 6 und Gehäuse 4. Hierdurch kann gegebenenfalls der Fertigungsaufwand zur Herstellung der Fettleitung verringert werden.
    • 1
    Lager
    2
    Lager
    3
    drehbar zu lagerndes Bauteil (Welle)
    4
    Gehäuse
    5
    Innenring
    6
    Außenring
    7
    Wälzkörper
    8
    Raum zwischen Innenring und Außenring
    9
    Dichtelement
    10
    Fettleitung
    11
    axialer Endbereich
    12
    axialer Endbereich
    13
    axialer Endbereich
    14
    Bohrungsabschnitt, Spalt
    15
    Bohrungsabschnitt, Spalt
    16
    Bohrungsabschnitt, Spalt
    17
    Bohrungsabschnitt, Spalt
    18
    Rundung in der Fettleitung
    D1
    Durchmesser
    D2
    Durchmesser
    D3
    Durchmesser
    D4
    Durchmesser

Claims (4)

  1. Lageranordnung, bestehend aus mindestens einem Lager (1, 2), das ein drehbar zu lagerndes Bauteil (3) relativ zu einem Gehäuse (4) lagert, wobei das Lager (1, 2) einen Innenring (5), einen Außenring (6) und zwischen Innenring (5) und Außenring (6) angeordnete Wälzkörper (7) aufweist, wobei im Raum (8) zwischen Innenring (5) und Außenring (6) Schmierfett angeordnet ist, wobei der Raum (8) mittels eines Dichtelements (9) gegen die Umgebung abgedichtet ist, wobei eine Fettleitung (10) vorgesehen ist, die zwischen den beiden axialen Endbereichen (11, 12, 13) der Wälzkörper (7) eine fluidische Verbindung herstellt und wobei die Fettleitung (10) zumindest abschnittsweise aus Bohrungsabschnitten (14, 15, 16, 17) besteht, wobei mindestens ein Bohrungsabschnitt (15) einen Lagerring (5, 6) und/oder das Gehäuse (4) durchsetzt, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (1, 2) durch zwei Kegelrollenlager gebildet wird, die in O-Anordnung positioniert sind, wobei ein Bohrungsabschnitt (15) sich radial erstreckend und das Gehäuse (4) durchsetzend zwischen den beiden Wälzkörperreihen der beiden Kegelrollenlager (1, 2) angeordnet ist, wobei dieser Bohrungsabschnitt (15) über die weiteren Bohrungsabschnitte (14, 16, 17) mit den vom Bohrungsabschnitt (15) abgewandten axialen Endbereichen (11, 13) der Lagerreihen in fluidischer Verbindung steht und wobei die fluidische Verbindung durch einen Bohrungsabschnitt (17) hergestellt wird, der parallel zur Achse der Lager (1, 2) verläuft und der sich vom einen axialen Endbereich (11) des einen Lagers (1) bis zum anderen axialen Endbereich (13) des anderen Lagers (2) durchgehend erstreckt.
  2. Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fettleitung (10) zumindest abschnittsweise durch Spalte (14, 15, 16, 17) zwischen aneinander angrenzenden Bauteilen, insbesondere zwischen Gehäuse (4) und Lagerringen (5, 6), gebildet wird.
  3. Lageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fettleitung (10) im Bereich von Umlenkstellen mit Rundungen (18) versehen ist.
  4. Lageranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fettleitung (10) aerodynamisch günstig ausgeformt ist.
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