DE102008059571A1

DE102008059571A1 - Wälzlager, sowie hiermit ausgestattete Laufrolle

Info

Publication number: DE102008059571A1
Application number: DE102008059571A
Authority: DE
Inventors: Ronny Puchner
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-11-28
Filing date: 2008-11-28
Publication date: 2010-06-02

Abstract

Die Erfindung richtet sich auf ein Wälzlager. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Lösungen zu schaffen, durch welche es möglich wird, ein robustes und kostengünstig herstellbares Wälzlager zu schaffen, bei welchem über ein breites Einsatztemperaturspektrum hinweg keine signifikanten Laufgeräusche auftreten und dessen Betrieb von einer möglichst langsamen Schmierstoffalterung begleitet ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Wälzlager mit einem Innenring, einem Außenring, Wälzkörpern die in einem zwischen diesen beiden Ringen definierten Wälzkörperbahnraum aufgenommen sind, und einer Käfigeinrichtung mit einer dem Innenring zugewandten Innenwandung, einer dem Außenring zugewandten Außenwandung und mehreren in Umfangsrichtung abfolgenden Fensteröffnungen zur Positionierung der Wälzkörper zueinander innerhalb des vorgenannten Wälzkörperbahnraumes, wobei die Fensteröffnungen jeweils von einer den zugeordneten Wälzkörpern zumindest abschnittsweise umsäumenden Umgriffswandung begrenzt sind, wobei jene Umgriffswandung in einem die Kugelzentrumsbahn durchsetzenden Bereich ein von einem linken Schmierstoffdurchlaufkanal und einem rechten Schmierstoffdurchlaufkanal begrenztes Stützplateau bildet.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung richtet sich auf ein Wälzlager mit einem Innenring, einem Außenring, Wälzkörpern die in einem zwischen diesen beiden Ringen definierten Wälzkörperbahnraum aufgenommen sind, und einer Käfigeinrichtung zur Positionierung der Wälzkörper zueinander innerhalb des vorgenannten Bahnraumes. Weiterhin richtet sich die Erfindung auch auf eine Laufrolle die als solche über ein Wälzlager der vorgenannten Art in einen Zugmitteltrieb eingebunden ist.
Hintergrund der Erfindung
Aus DE 102 58 861 A1 ist ein Käfig für ein Wälzlager bekannt der als Kugelschnappkäfig ausgeführt ist und mehrere in Umfangsrichtung abfolgend angeordnete Fensteröffnungen aufweist. In diesen Fensteröffnungen sind in verbautem Zustand die Wälzkörper eines entsprechenden Lagers aufgenommen. Im Bereich dieser Fensteröffnungen sind mehrere Nuten ausgebildet über welche ein Schmierstoffzustrom in den Bereich der Fensteröffnungen unterstützt wird.
Insbesondere Wälzlager die als solche außerhalb eines durch eine Maschine bereitgestellten Schmierstoffsystems verbaut sind, sind typischerweise als abgedichtete und dauergeschmierte Wälzlager ausgeführt. Bei diesen Wälzlagern kann es insbesondere beim Einsatz in Kraftfahrzeugen vorkommen, dass bei tiefen Umgebungstemperaturen und geringem Abwärmeanfall eines das Wälzlager einschließenden Aggregats, relativ lange und mit Laufgeräuschen verbundene Kaltlaufphasen auftreten.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Lösungen zu schaffen durch welche es möglich wird, ein robustes und kostengünstig herstellbares Wälzlager zu schaffen bei welchem über ein breites Einsatztemperaturspektrum hinweg keine signifikanten Laufgeräusche auftreten und dessen Betrieb von einer möglichst langsamen Schmierstoffalterung begleitet ist.
Erfindungsgemäße Lösung
Die vorstehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Wälzlager mit:

– einem Innenring,
– einem Außenring,
– Wälzkörpern die in einem zwischen diesen beiden Ringen definierten Wälzkörperbahnraum aufgenommen sind, und
– einer Käfigeinrichtung mit einer dem Innenring zugewandten Innenwandung, einer dem Außenring zugewandten Außenwandung und mehreren in Umfangsrichtung abfolgenden Fensteröffnungen zur Positionierung der Wälzkörper zueinander innerhalb des vorgenannten Wälzkörperbahnraumes, wobei die Fensteröffnungen jeweils von einer den zuge ordneten Wälzkörper zumindest abschnittsweise umsäumenden Umgriffswandung begrenzt sind
– wobei jene Umgriffswandung in einem die Kugelzentrumsbahn durchsetzenden Bereich ein von einem linken Schmierstoffdurchlaufkanal und einem rechten Schmierstoffdurchlaufkanal begrenztes Stützplateau bildet.

Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, auch bei relativ niedrigen Betriebstemperaturen und hoher Schmierstoffviskosität eine vorteilhafte Schmierstoffverteilung auf den tragenden Umfangsbereichen der Wälzkörper sicherzustellen. In weiterhin vorteilhafter Weise werden hierbei die Lagerlaufgeräusche reduziert.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Käfigeinrichtung im Bereich der jeweiligen Fensteröffnung derart gestaltet, dass das Stützplateau einen zur Außenwandung hin ausbauchenden oberen Randabschnitt aufweist. Die Breite des Stützplateaus liegt vorzugsweise im Bereich von 15% bis 25% des Durchmessers der eingesetzten Wälzkörper. Dieses Stützplateau ist vorzugsweise weiterhin so gestaltet, dass dieses auch einen zur Innenwandung hin ausbauchenden unteren Randabschnitt aufweist. Im Bereich des Stützplateaus können in vorteilhafter Weise weitere Mikrokanäle ausgebildet werden, durch welche der Schmierstoffzustrom zu bestimmten Zonen der Wälzkörperaußenfläche unterstützt wird.
Die Käfigeinrichtung ist gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als Kugelschnappkäfig ausgeführt und umfasst Federflanken, die beim Aufstecken des Kugelschnappkäfigs auf die zugeordneten Wälzkörper in Umfangsrichtung vorübergehend elastisch auslenkbar sind. Der Kugelschnappkäfig ist so ausgebildet, dass dessen Fensterabschnitte einseitig über entsprechende Seitenöffnungen zugänglich sind.
Die Käfigeinrichtung ist vorzugsweise weiterhin derart ausgebildet, dass in einem, der jeweiligen Seitenöffnung gegenüberliegenden Innenbereich der In nenwandung, ein Seitenführungsplateau ausgebildet ist. Dieses Seitenführungsplateau kann als kleines, an sich konkav gewölbtes Plateau ausgebildet sein dessen in Umlaufrichtung der Wälzkörper gemessene Breite in etwa 10 bis 28 Prozent des Durchmessers der zugeordneten Wälzkörper beträgt. Dieses Seitenführungsplateau ist vorzugsweise von einem vorderen und von einem hinteren Schmierstoffdurchgangskanal begrenzt. Diese Schmierstoffdurchgangskanäle sind vorzugsweise in ihrer Gesamtgeometrie so gestaltet, dass diese über konzentrisch zum Konzaktzentrum gekrümmte Wandungen an das Seitenführungsplateau angrenzen.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist weiterhin ein Deckelring vorgesehen, der derart ausgebildet ist, dass dieser auf jene, die Seitenöffnungen aufweisende Käfigseite aufsetzbar ist. Über diesen Deckelring können die Seitenöffnungen verschlossen werden. Es ist möglich, den Deckelring so zu gestalten, dass durch diesen auch die Federflanken verrastet und damit in Umfangsrichtung abgestützt werden.
Der Deckelring ist vorzugsweise so gestaltet, dass dieser mit dem Käfig über komplementäre Eingriffsstrukturen in Rasteingriff bringbar ist. Diese Eingriffsstrukturen können insbesondere im Zusammenspiel mit den vorgenannten Federflanken realisiert sein.
Die Tiefe der Schmierstoffdurchlaufkanäle, insbesondere jener, das Stützplateau umsäumenden Schmierstoffdurchlaufkanäle, liegt vorzugsweise im Bereich von 0,9 bis 15 Prozent des Durchmessers der Wälzkörper.
Die erfindungsgemäße Käfigeinrichtung ist vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial gefertigt. Die Innengeometrie der Fensterabschnitte ist vorzugsweise so gestaltet, dass diese unter Verwendung radial nach außen abhebbarer Formwerkzeugsegmente herstellbar ist.
Kurzbeschreibung der Figuren
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
1 eine perspektivische Skizze zur Veranschaulichung des Aufbaus der Fensterabschnitte einer Käfigeinrichtung eines erfindungsgemäßen Wälzlagers,
2 eine Prinzip-Skizze zur Veranschaulichung weiterer bevorzugter Einzelheiten bei der Gestaltung des Stützplateaus,
3 eine Skizze zur Veranschaulichung der Schmierstoffverteilung am Außenumfang eines durch eine erfindungsgemäße Käfigeinrichtung geführten Wälzkörpers.
4 eine Skizze zur Veranschaulichung eines bevorzugten Innenaufbaus eines erfindungsgemäßen Käfigs mit inneren Schmierstofffangtaschen sowie Zuleitungskanälen zur Zuleitung des Schmierstoffes aus den Fangtaschen in den Laufspurbereich der hier als Kugeln ausgeführten Wälzkörper.
Ausführliche Beschreibung
1 zeigt eine Käfigeinrichtung für ein Wälzlager, das als solches einen hier nicht näher dargestellten Innenring LI, einen Außenring LA, sowie Wälzkörper W (siehe 4) aufweist, die in einem zwischen diesen beiden Ringen definierten Wälzkörperbahnraum aufgenommen sind.
Die Käfigeinrichtung 1 umfasst eine, dem Innenring zugewandte Innenwandung I sowie eine dem Außenring zugewandte Außenwandung A sowie mehrere, in Umfangsrichtung abfolgende Fensteröffnungen F1, F2, F3. Durch diese Fensteröffnungen werden die Wälzkörper W des Wälzlagers innerhalb des Wälz körperbahnraums in Umfangsrichtung positioniert. Die Fensteröffnungen F1, F2, F3 ... sind so gestaltet, dass diese jeweils eine, dem zugeordneten Wälzkörper W zumindest abschnittsweise umsäumende Umgriffswandung bilden.
Die vorgenannte Umgriffswandung weist erfindungsgemäß eine besondere – Plateaus und Kanäle bildende – Tektur auf so das eine besondere Schmierstoffführung und zudem zonenbezogene Schmierstoffdosierung erreicht wird. Die Umgriffswandung ist hierbei erfindungsgemäß so gestaltet, dass diese in einem, von dem Kugelzentrumsbahnbereich PZA durchsetzten Bereich ein von einem linken Schmierstoffdurchlaufkanal 2 und ein von einem rechten Schmierstoffdurchlaufkanal 3 begrenztes Stützplateau 4 bildet. Entlang des oberen Randbereiches des Stützplateaus 4, sowie entlang des unteren Randbereichs des Stützplateaus 4 sind Querkanäle 11 bzw. 12 ausgebildet die als solche die beiden Schmierstoffdurchlaufkanäle 2, 3 verbinden und zudem als Schmierstoffabfangrinnen fungieren.
Dieses Stützplateau 4 weist bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel einen zur Außenwandung A hin konvex ausbauchenden, oberen Randabschnitt RO sowie einen zur Innenwandung I hin ebenfalls konvex ausbauchenden, unteren Randabschnitt RU auf. Obgleich hier nicht näher dargestellt, ist es möglich, auch im Bereich des Stützplateaus 4 weitere Mikrokanäle auszubilden um hierdurch den Schmierstoffzufluss und die Schmierstoffdicke abzustimmen.
Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Käfigeinrichtung als Kugelschnappkäfig ausgeführt und weist hierbei Federflanken 5 auf. Diese Federflanken 5 können in Umfangsrichtung der Käfigeinrichtung elastisch ausfedern und ermöglichen es, die Käfigeinrichtung über die Seitenöffnungen S1, S2, S3 auf die entsprechend zwischen den Lagerringen positionierten Wälzkörper aufzusetzen.
Bei der hier gezeigten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Käfigeinrichtung ist in einem der jeweiligen Seitenöffnung S1, S2, S3 gegenüberliegenden Bereich der Innenwandung ein Seitenführungsplateau 6 ausgebildet. Dieses Seitenführungsplateau 6 ist bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel von einem vorderen und von einem hinteren Schmierstoffdurchgangskanal 7 bzw. 8 begrenzt.
Die Tiefe der hier im Bereich der Fensteröffnungen vorgesehenen Schmierstoffdurchlaufkanäle 2, 3, 7, 8 liegt vorzugsweise im Bereich von 0,9 bis 15 Prozent des Durchmessers der Wälzkörper W. Die Käfigeinrichtung ist vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial gefertigt.
Wie aus der Darstellung nach 2 hervorgeht, können die das Stützplateau 4 begrenzenden Schmierstoffdurchlaufkanäle 2, 3 so gestaltet sein, dass durch diese mit einer gewissen Trichterwirkung Schmierstoff aufgefangen und zum Stützplateau 4 hin abgedrängt wird. Das Stützplateau 4 kann so gestaltet sein, dass dieses eine, auf die Außenkrümmung der Wälzkörper abgestimmte, konkave Stützfläche bildet. Es ist möglich, das Stützplateau 4 so zu gestalten, dass bei Anlage der Wälzkörper an den Nebenflächen 9, 10 der Schmierstoffdurchlaufkanäle 2, 3 zwischen der hier sichtbaren Stirnseite des Stützplateaus 4 und dem entsprechenden Wälzkörper ein Restspalt verbleibt, der die Dicke eines sich auf dem Wälzkörper aufbauenden Schmierfilm begrenzt. Hierdurch wird es möglich, die maximale Dicke des im Zusammenspiel mit der Käfigeinrichtung bewerkstelligten Schmierstoffauftrags auf den Wälzkörper festzulegen. Die Schmierstoffdurchlaufkanäle 2, 3 können so gestaltet werden, dass sich, wie insbesondere in 3 angedeutet, auf den Wälzkörpern ein bestimmtes Fettverteilungsprofil ergibt. Dieses Fettverteilungsprofil kann insbesondere so festgelegt werden, dass sich unmittelbar neben der die Lagerringe kontaktierenden Laufspur S des Wälzkörpers W größere Schmierstoffdicken ergeben als im Bereich der Laufspur S. Hierdurch wird einer übermäßigen Schmierstoffverwalkung vorgebeugt.
Die erfindungsgemäß im Innenwandungsbereich der jeweiligen Fensteröffnung realisierte Profilierung kann so gestaltet sein, dass sich für beide Lagerlaufrichtungen jeweils im wesentlichen gleiche Schmierstoffversorgungseffekte ergeben. Es ist jedoch auch möglich, die Käfigeinrichtung so zu gestalten, dass diese Laufrichtungsgebunden, oder auf eine Vorzugslaufrichtung ausgelegt ist, sodass der gesamte Innenwandungsbereich der Fensteröffnung für die Optimierung der Schmierstoffführung bei Verwendung des Lagers entsprechend der Vorzugslaufrichtung herangezogen werden kann.
Es ist weiterhin möglich, im Innenumfangsbereich der Käfigeinrichtung Taschenabschnitte vorzusehen, die insbesondere als Schmierstoffreservoir fungieren. Diese Taschenabschnitte können über entsprechende Kanäle derart an die Fensteröffnungen F1, F2, F3 angeschlossen werden, dass über diese inneren Taschenabschnitten ebenfalls ein Schmierstoffzustrom zu den Wälzkörpern möglich wird.
In 4 ist in Form einer Detailskizze ein bevorzugter Innenaufbau der Käfigeinrichtung 1 dargestellt. Wie aus dieser Darstellung ersichtlich sind im Innenbereich der Käfigeinrichtung 1 Fangtaschen 14 ausgebildet. Diese Fangtaschen 14 kommunizieren über Speisekanäle 15, 16 mit einem im Bereich der Plateaus 4 verlaufenden Bewegungsspaltbereich. Hierdurch wird es möglich, jenen im Rahmen des Betriebs des Lagers mit den Laufringen LA und LI in Kontakt tretenden Laufspurbereich der Kugeln W zuverlässig mit Schmierstoff zu benetzen.
Wie aus dieser Darstellung weiter ersichtlich sind die Plateaus 4 derart angeordnet, dass sich diese an einer von dem Zentrumslaufbahnbereich PZA erfassten Stelle des Wälzkörperführungsfensters befinden. Jener Zentrumslaufbahnbereich PZA umgibt die Wälzkörperzentrumslaufbahn PZ und hat einen Torsusdurchmesser von ca. 30% des Durchmessers der eingesetzten Wälzkörper W. Die Käfigeinrichtung 1 ist im Bereich der Fensterabschnitte so gestaltet, dass die Umfangsabstützung der Wälzkörper W durch die Nebenplateaus 9 und 10 (siehe 1 und 2) erfolgt. Das Stützplateau 4 ist so gestaltet, dass zumindest in unverschlissenem Zustand der Käfigeinrichtung zwischen dem zugeordneten Wälzkörper W ein definierter Laufspalt verbleibt, wenn der Wälzkörper an den genannten Nebenplateaus 9 und 10 ansteht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10258861 A1 [0002]

Claims

Wälzlager mit: – einem Innenring (LI), – einem Außenring (LA), – Wälzkörpern (W) die in einem zwischen diesen beiden Ringen definierten Wälzkörperbahnraum aufgenommen sind, und – einer Käfigeinrichtung (1) mit einer dem Innenring (LI) zugewandten Innenwandung (I), einer dem Außenring (LA) zugewandten Außenwandung (A) und mehreren in Umfangsrichtung abfolgenden Fensteröffnungen (F1, F2, F3 ...) zur Positionierung der Wälzkörper (W) zueinander innerhalb des vorgenannten Wälzkörperbahnraumes, wobei die Fensteröffnungen (F1, F2, F3 ...) jeweils von einer den zugeordneten Wälzkörper (W) zumindest abschnittsweise umsäumenden Umgriffswandung begrenzt sind – wobei jene Umgriffswandung in einer den Kugelzentrumsbahnbereich (PZA) durchsetzenden Zone ein von einem linken Schmierstoffdurchlaufkanal (2) und einem rechten Schmierstoffdurchlaufkanal (3) begrenztes Stützplateau (4) bildet.
Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützplateau (4) einen zur Außenwandung (A) hin ausbauchenden oberen Randabschnitt (RO) aufweist.
Wälzlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützplateau (4) einen zur Innenwandung (I) hin ausbauchenden unteren Randabschnitt (RU) aufweist.
Wälzlager nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Stützplateaus (4) weitere Mikrokanäle ausgebildet sind.
Wälzlager nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Käfigeinrichtung als Kugelschnappkäfig mit Federflanken (5) und seitlich über Seitenöffnungen (S1, S2, S3 ...) offenen Fensterabschnitten ausgebildet ist.
Wälzlager nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einem der jeweiligen Seitenöffnung (S1, S2, S3 ...) gegenüberliegenden Bereich der Innenwandung ein Seitenführungsplateau (6) ausgebildet ist.
Wälzlager nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Seitenführungsplateau (6) von einem vorderen und einem hinteren Schmierstoffdurchgangskanal (7, 8) begrenzt ist.
Wälzlager nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Deckelring vorgesehen ist, der derart ausgebildet ist, dass dieser auf jene die Seitenöffnungen (S1, S2, S3 ...) aufweisende Käfigseite aufsetzbar ist, zum verschließen der Seitenöffnungen (S1, S2, S3 ...).
Wälzlager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckelring mit dem Käfig über komplementäre Eingriffsstrukturen in Rasteingriff bringbar ist.
Wälzlager nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe der Schmierstoffdurchlaufkanäle (2, 3, 7, 8) im Bereich von 0,9–15% des Durchmessers der Wälzkörper (W) liegt.
Wälzlager nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Käfigeinrichtung (1) aus einem Kunststoffmaterial gefertigt ist.