DE102008061042A1

DE102008061042A1 - Wärmedehnungsausgleichselement sowie Wälzlager

Info

Publication number: DE102008061042A1
Application number: DE200810061042
Authority: DE
Inventors: Tomas Dr. Smetana
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-12-09
Filing date: 2008-12-09
Publication date: 2010-06-17

Abstract

Es wird ein Wärmedehnungsausgleichselement (4, 80, 96, 102) als Gegenlager in einem Wälzlager (50, 91, 110) angegeben, welches ein Dehnelement (8) mit einem hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten und ein Fassungselement (10), in welchem das Dehnungselement (8) aufgenommen ist, umfasst. Dabei ist vorgesehen, dass das Dehnelement (8) aus einem thermoplastischen Elastomer-Werkstoff gefertigt ist. Weiter wird ein Wälzlager (50, 92, 110) mit einem solchen Wärmedehnungsausgleichselement (4, 80, 96, 102) angegeben.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Wärmedehnungsausgleichselement als ein Gegenlager in einem Wälzlager, wobei das Wärmedehnungsausgleichselement ein Dehnelement mit einem hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten und ein Fassungselement umfasst, in welchem das Dehnelement aufgenommen ist. Weiter betrifft die Erfindung ein Wälzlager mit einem derartigen Wärmedehnungsausgleichselement.
Hintergrund der Erfindung
Ein Wärmedehnungsausgleichselement und ein Wälzlager der eingangs genannten Art sind beispielsweise aus der DE 42 21 802 A1 , der WO 2006/014934 A1 oder der US 5,028,152 A bekannt. Das Wärmedehnungsausgleichselement weist einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Lagergehäuse auf und ist zum Ausgleich temperaturbedingter Verschiebungen als ein Gegenlager für einen Lageraußenring eines Kegelrollenlagers eingesetzt.
Zu einer temperaturbedingten Verschiebung zwischen den Lagerkomponenten kommt es, wenn das Wälzlager Komponenten aus Werkstoffen enthält, deren Wärmeausdehnungskoeffizienten sich unterscheiden. Eine solche Problematik tritt beispielsweise bei einem vorgespannten Drehwälzlager auf, wenn eine in dem Lagerinnenring gelagerte Welle und das Lagergehäuse aus unterschiedlichen Werkstoffen gefertigt sind. Beispielsweise ist die in dem Lagerinnenring gelagerte Welle meist aus einem Stahl gefertigt, während das Lagergehäuse aus Aluminium oder Magnesium besteht. Bei einer Temperaturerhöhung dehnt sich das Lagergehäuse gegenüber der Welle stärker aus. Der Vorspanndruck des Gehäuses auf den Lageraußenring lässt nach. Es kommt zu einem unerwünschten temperaturabhängigen Lagerspiel. Das als Gegenlager eingesetzte Wärmedehnungsausgleichselement bewirkt hier einen Ausgleich, da es sich gegenüber dem Lagergehäuse stärker ausdehnen wird.
Aufgabe der Erfindung
Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges, alternatives Wärmedehnungsausgleichselement anzugeben. Eine zweite Aufgabe besteht darin, ein entsprechendes Wälzlager anzugeben.
Lösung der Aufgabe
Die erstgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Wärmedehnungsausgleichselement als Gegenlager in einem Wälzlager, welches Wärmedehnungsausgleichselement ein Dehnelement mit einem hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten und ein Fassungselement umfasst, in welchem das Dehnelement aufgenommen ist, wobei das Dehnelement aus einem thermoplastischen Elastomer-Werkstoff gefertigt ist.
Die Erfindung geht von der derzeitigen Praxis aus, das Dehnelement des Wärmedehnungsausgleichselements für ein Wälzlager aus einem Elastomer geeigneter Wärmeausdehnung und Beständigkeit zu fertigen. Hierbei hat sich insbesondere VITON (eine Produktbezeichnung des Unternehmens ”E. I. Dupont de Nemours, Inc.”) als ein geeigneter Werkstoff erwiesen, der heute standardmäßig für die hier beschriebene Anwendung eingesetzt wird. VITON ist der Werkstoffgruppe der Fluorkautschuke hinzuzurechnen und wird wegen seiner guten chemischen Beständigkeit insbesondere zur Herstellung von Dichtungen verwendet. VITON weist bei einer Gegenkraft von 20 kN einen hohen Volumen-Wärmeausdehnungskoeffizient 3·alpha von 49 × 10^–5 K^–1 auf und zeigt eine hervorragende Beständigkeit gegen Getriebeöle.
Nachteiligerweise weist VITON einen relativ hohen Preis auf, was letztlich einer kostengünstigen Herstellung des Dehnelements entgegen steht. Auch ist die Fertigung von VITON aufwändig. Während des Fertigungsprozesses ist beim Hersteller eine Vulkanisation erforderlich.
Die Erfindung löst sich nun von den Werkstoffvorgaben des Standes der Technik, indem in überraschender Weise für das Dehnelement auf ein thermoplastisches Elastomer übergegangen wird. Gerade bei hohen Temperaturen, wie sie in Getrieben herrschen, wurde bislang ein thermoplastisches Elastomer für ein Wärmeausgleichselement als nicht geeignet angesehen. Ein thermoplastisches Elastomer ist ein Elastomer, welches die zusätzliche Eigenschaft aufweist, dass es unter Wärmeinwirkung ohne Zersetzung des Materials und insbesondere ohne chemische Veränderung erweichbar u. verformbar wird. Auch nach mehrfacher Wiederholung eines Erwärmungs-Abkühlungszyklus behält ein solches Elastomer seine thermoplastischen Eigenschaften. Im erweichten Zustand kann das thermoplastische Elastomer leicht durch Fließen, Spritzen, Formen und Extrudieren zum gewünschten Endprodukt verarbeitet werden. Insbesondere kann das Dehnelement vom Lagerhersteller kostengünstig als ein Spritzgussteil gefertigt werden.
Überraschender Weise zeichnen sich nun aber thermoplastische Elastomere durch einen relativ hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten aus. Für die typischen in Getrieben zu erwartenden Einsatzbedingungen ist ein thermoplastisches Elastomer mit einem hohen Volumen-Wärmeausdehnungskoeffizient 3 × alpha von größer als 50 × 10^–1 K^–1, gemessen bei einer Gegenkraft von 20 kN, zu bevorzugen. [Ist diese Grenze so i. O.?] Die Wärmeausdehnung ist damit größer als die von VITON, so dass der für das Wärmedehnungsausgleichselement benötigte Bauraum weiter verringert werden kann. Als geeignete und insbesondere spritzfähige Elastomere wären hierbei die Elastomere Hytrel 4068 des Herstellers DuPont, Normbezeichnung ISO 18064: TPC-ET 35, Elastollan C 85 A der Elastogran GmbH, Normbezeichnung ISO 18064: TPU-ARES, TPSiV 3011-85A des Herstellers Multibase (Dow Corning), Normbezeichnung ISO 18064: Thermoplast/Si, EPTV 90A01HS BK001 des Herstellers DuPont, Normbezeichnung ISO 18064: AEM + TPC-ET, Zeotherm 100-90B der Zeon Europe GmbH, Normbezeichnung ISO 18064: ACM/PA und Kopel KP 3340 der Kolon Inc., Normbezeichnung ISO 18064: TPC-ET zu nennen.
Das Fassungselement des Wärmedehnungsausgleichselements ist insbesondere aus einem Werkstoff gefertigt, der einen im Vergleich zum Dehnelement geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt. Hier ist beispielsweise Stahl zu nennen. Auch bietet sich Aluminium oder Magnesium an. Das Fassungselement ist insbesondere als ein Hohlprofilkörper ausgeführt, der die Wärmeausdehnung des darin aufgenommenen Dehnelements im Wesentlichen auf eine Längenausdehnung beschränkt. Durch die Führung des Dehnelements in einem solchen Fassungselement beträgt die eindimensionale Längenausdehnung des Dehnelements rund das Dreifache der eines ungeführten Dehnelements, welches sich in drei Raumdimensionen ausdehnen kann.
Das Wärmedehnungsausgleichselement kann sowohl für ein Linearwälzlager, als auch für ein Drehwälzlager vorgesehen sein. Das Wärmedehnungsausgleichselement ist in dem entsprechenden Wälzlager dabei bevorzugt als ein Gegenlager einer der Lagerkomponenten eines Schrägrollenlagers eingesetzt. Bei einem Schrägrollenlager wie einem Schrägkugellager oder einem Kegelrollenlager kann durch eine Wärmeausdehnung des Dehnelements durch eine Verschiebung einer ”schrägen” Lagerkomponente der radiale Anpressdruck aufrecht erhalten werden. Bevorzugt ist hierbei das Wärmedehnungsausgleichselement als ein axiales Gegenlager eines der Lagerringe ausgestaltet, wobei es sich beispielsweise an einem Lagergehäuse oder einem Druckbund einer gelagerten Welle über das Fassungselement abstützt. Diese Ausgestaltung erlaubt eine kompakte Bauform.
Bei einer Verwendung in einem Drehwälzlager ist das Wärmedehnungsausgleichselement weiter bevorzugt als ein axiales Gegenlager des Lageraußenrings ausgestaltet. In diesem Fall wird das Wärmedehnungsausgleichselement z. B. zwischen einer axialen Stirnfläche des Lageraußenrings und dem Lagergehäuse angeordnet. Aufgrund der hohen Wärmeausdehnung des Dehnelements ist der axiale Bauraum reduziert.
Ein vorgespanntes Schrägrollenlager ist beispielsweise innerhalb eines Getriebes für eine spielfreie Lagerung einer Getriebewelle vorgesehen. Häufig wird dabei der Lageraußenring des Schrägrollenlagers bei der Montage in dem Getriebe axial vorgespannt.
In aufwendigen Versuchsreihen hat sich, insbesondere im Hinblick auf eine Spritzguss-Verarbeitung, die besonders gute Eignung eines thermoplastischen Urethans oder eines thermoplastischen Hartpolyurethans erwiesen. Bei thermoplastischen Urethanen (Kurzbezeichnung: TPU) handelt es sich um thermoplastische Elastomere auf Urethanbasis. Die Bezeichnung ”thermoplastische Hartpolyurethan” (Kurzbezeichnung: RTPU von Rigid Thermoplastic Urethane) bezieht sich insbesondere auf thermoplastische Polyurethane mit einer Glasübergangstemperatur (Tg) von typischerweise nicht weniger als 50°C und mit einem Hartsegmentgehalt von nicht weniger als 75 Prozent. Mit einem ”Hartsegment” wird gemeinhin ein thermoplastisches Hartpolyurethan angesprochen, welches eine Glasübergangstemperatur von mindestens 60°C aufweist.
In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich der Werkstoff durch eine gute Beständigkeit gegenüber Öl, insbesondere gegenüber einem Getriebeöl, aus. Dies ist besonders im Hinblick auf eine Verwendung des Wärmedehnungsausgleichselements für ein Wälzlager in einem ölgeschmierten Getriebe vorteilhaft. Dabei wird unter einem Getriebeöl sowohl ein Getriebeöl für ein manuelles Getriebe als auch ein Getriebeöl für ein Automatikgetriebe verstanden. Ein Getriebeöl für ein manuelles Getriebe ist beispielsweise das Getriebeöl mit der Produktbezeichnung ”Titan MTF 95EPFM” des Unternehmens ”Fuchs Petrolub AG”. Ein Getriebeöl für ein Automatikgetriebe ist beispielsweise das Getriebeöl mit der Produktbezeichnung ”Titan G 052182 A2” des eben genannten Unternehmens.
Die Ölbeständigkeit des Werkstoffs lässt sich anhand verschiedener Parameter ausdrücken. Beispielsweise reagieren Kunststoffe, egal ob in Form von Elastomeren oder thermoplastischen Elastomeren in Gegenwart eines Öls häufig mit einer Änderung ihrer Härte, was durch eine an sich unerwünschte Ölaufnahme bedingt sein kann. Eine ölbedingte Härteänderung des Dehnelements sollte aber einen gewissen Toleranzbereich nicht überschreiten. Als Härte-Kennwert für Kunststoffe sind die Shore-A Härte und die Shore-D Härte in den Normen DIN 53505 und DIN 7868 festgelegt.
Bevorzugt sollte der gewählte Werkstoff in einem bis 150°C temperierten Ölbad nach einer 14-tägigen Einlagerung eine Änderung der Shore-D Härte von nicht mehr als 10% aufweisen. Gemessen wird die Shore-D Härte vor Beginn und nach Beendigung des jeweiligen Ölbeständigkeitsversuchs. Daraus lässt sich die relative Härteänderung gegenüber dem vor Beginn des Versuchs gemessenen Härtewert ermitteln. Die entsprechende prozentuale Härteänderung kann sowohl als ein positiver Wert gegeben sein, und damit eine Vergrößerung der Shore-D Härte anzeigen. Die entsprechende Härteänderung kann aber auch als ein negativer Wert gegeben sein, was einer Verringerung der Shore-D Härte entspricht. Durch die geringe Änderung der Shore-D Härte von weniger als 10% kann ein Erhalt der Funktionalität des Dehnelements insbesondere auch beim Einsatz in der Arbeitsumgebung eines Getriebes gewährleistet werden. Vorteilhafterweise ergibt sich für die Änderung der Shore-A Härte nach dem Ölbeständigkeitsversuch in dem Ölbad ein ähnlich geringer Wert von etwa 10% bis 12%. Als geeignete, spritzfähige Elastomere wären hierzu TPSiV und Elastollan zu nennen.
Das Dehnelement sollte auch hinsichtlich seines Volumens ölbeständig sein. Vorteilhafterweise weist ein geeigneter Werkstoff in dem bis 150°C temperierten Ölbad nach einer 14-tägigen Einlagerung eine Volumenänderung von höchstens 10% auf. Weiter vorzugsweise beträgt hierbei die Volumenänderung höchstens 4%. Dazu wird das Volumen eines geeigneten Probekörpers vor und nach dem Ölbeständigkeitsversuch gemessen. Hieraus lässt sich eine relative Volumenänderung bezogen auf den vor Beginn des Versuchs gemessenen Volumenwert ermitteln. Das Volumen kann durch die Ölumgebung sowohl zu- als auch abnehmen. Eine Volumenvergrößerung weist beispielsweise auf ein Aufquellen des Werkstoffs hin, während eine Volumenverringerung z. B. auf einen Löseprozess des Werkstoffes in dem Ölbad hinweist. Eine angegebene Volumenänderung von weniger als 10%, bevorzugt von weniger als 4%, kann die dauerhafte Funktionalität des Dehnelements gewährleisten. Dies wird beispielsweise durch Elastollan eingehalten.
In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist ein geeigneter Werkstoff nach einer höchstens 14-tägigen Einlagerung in dem Ölbad eine Gewichtsänderung von höchstens 10% auf. Vorzugsweise beträgt die Gewichtsänderung höchstens 4%. Dazu wird das Gewicht des vorgenannten Probekörpers vor und nach dem Ölbeständigkeitsversuch gemessen, und eine prozentuale Gewichtsänderung bezogen auf den vor Beginn des Versuchs gemessenen Gewichtswert ermittelt. Ein positiver Wert für die Gewichtsänderung korreliert mit einer Gewichtsvergrößerung, während ein negativer Wert mit einer Gewichtsverminderung korreliert. Eine Vergrößerung des Gewichts kann beispielsweise mit einem übermäßigen Aufquellen des Werkstoffs in Zusammenhang stehen. Eine Verminderung des Gewichts zeigt in der Regel ein Auflösen des Werkstoffs in dem Ölbad an.
Vorzugsweise besitzen die prozentuale Gewichtsänderung und die prozentuale Volumenänderung ein gleiches Vorzeichen und stimmen betragsmäßig im Wesentlichen überein. Bei einer derartigen Korrelation geht beispielsweise eine Gewichtsverringerung infolge eines Lösens des Werkstoffs in dem Ölbad mit einer Volumenverringerung einher. Eine Gewichtsverringerung bei einer gleich zeitigen Volumenvergrößerung des Werkstoffs spräche für ein exzessives Aufquellen des Werkstoffs in dem Ölbad. Derartige Werkstoffe können nicht als Dehnelement eingesetzt werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Dehnelement aus einem Werkstoff der Bezeichnung TPU-ARES gemäß der ISO 18064 hergestellt. TPU-ARES bezeichnet dabei ein thermoplastisches Urethan (TPU) mit einem aromatischen Hartsegment und einem Ester-Softsegment. Ein Werkstoff aus dieser Gruppe zeichnet sich u. a. durch eine gute Verschleißfestigkeit aus. Als geeigneter Werkstoff ist hier beispielsweise ein Elastollan C 85 A der Elastogran GmbH zu nennen. Elastollan C 85 A zeichnet sich neben der vorgenannten Ölbeständigkeit hinsichtlich Volumen-, Gewicht- und Härteerhalt weiter durch eine hohe Zugfestigkeit und eine gute Verschleißfestigkeit aus. Elastollan C 85 A besitzt zudem einen hohen volumenspezifischen Wärmeausdehnungskoeffizient 3·alpha von 61 × 10^–5 K^–1. Damit besitzt auch Elastollan C 85 A (im Weiteren gelegentlich auch als Elastollan bezeichnet) einen höheren Wärmausdehnungskoeffizienten als VITON. Somit ist es mit der Verwendung von Elastollan als Werkstoff für das Dehnelement möglich, den benötigten Bauraumbedarf für das Wärmedehnungsausgleichselement weiter zu reduzieren. Zusätzlich zeichnet sich Elastollan C 85 A durch einen relativ niedrigen geringen Preis aus, und ist selbstverständlich spritzbar.
Zweckmäßigerweise umfasst das Fassungselement einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden Fassungsring sowie einen Stützring oder ein Stützringsegment, wobei der Fassungsring und der Stützring bzw. das Stützringsegment zumindest ringsegmentweise einen Aufnahmehohlraum ausbilden, in welchem das Dehnelement aufgenommen ist, wobei der Fassungsring und der Stützring bzw. das Stützringsegment in axialer Richtung zueinander bewegbar sind. Mit anderen Worten ist der Fassungsring zur Aufnahme des Dehnelements ausgestaltet, welches den beweglichen Stützring verschiebt.
Dazu ist der Fassungsring bevorzugt als ein einseitig offener Hohlprofilkörper ausgestaltet, in den der Stützring bzw. segmentweise das Stützringsegment ein- oder aufgesetzt wird. Auf diese Weise vermittelt der Stützring, dem Fassungsring entlang gleitend, eine Wärmeausdehnung des Dehnelements in einer axialen Richtung. Durch die im Wesentlichen ringförmige Ausgestaltung des Fassungselements ist eine Anbringung des Wärmedehnungsausgleichselements an einem der Lagerringe des als Drehwälzlager ausgeführten Wälzlagers auf einfache Weise möglich. Das Fassungselement kann dazu dem Lageraußenring radial außen aufgesetzt werden, wobei es eine axiale Verschiebung beispielsweise über Stützelemente etc. vermittelt. Alternativ kann das Fassungselement an einer Stirnfläche des Lageraußenrings angebracht sein. In beiden Fällen kann sich das Wärmedehnungsausgleichselement beispielsweise an einem Lagergehäuse abstützen. Dabei kann beispielsweise der Fassungsring der Stirnfläche des Lageraußenrings anliegen und sich der Stützring an dem Lagergehäuse abstützen.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf eine ringförmige Ausgestaltung beschränkt. Das Fassungselement und das Stützelement können grundsätzlich auch in einer anderen Form ausgebildet sein.
In einer bevorzugten Ausgestaltungsvariante sind sowohl der Stützring als auch der Fassungsring als in axialer Richtung geöffnete Hohlprofilkörper ausgestaltet, die mit den Öffnungen zueinander unter Ausbildung des Aufnahmehohlraums axial verschiebbar ineinander gesetzt sind. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine einfache Montage, indem das Dehnelement in den offenen Hohlprofilkörper des Fassungsrings eingelegt wird und anschließend der Stützring eingefügt wird.
Vorzugsweise weisen der Stützring und der Fassungsring in einem radialen Querschnitt jeweils im Wesentlichen eine U-Form auf. Ein U-förmiges Hohlprofil lässt sich fertigungstechnisch vergleichsweise einfach als ein Blechumformteil realisieren.
In einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltungsvariante liegt der Stützring dem Fassungsring unter Zwischenlage des Dehnelements axial verschiebbar, radial außen an, wobei das Dehnelement in axialer Richtung zwischen einem abgewinkelten Rand des Stützrings und einem abgewinkelten Rand des Fassungsrings gehalten ist, und wobei am Fassungsring ein Abstützelement zum Abstützen an einer Lagerkomponente ausgebildet ist. Durch diese Ausgestaltung wird eine geringe radiale Aufbauhöhe des Wärmedehnungsausgleichselements verwirklicht. Das zwischen den Rändern der Ringe eingesetzte Dehnelement wirkt bei Wärmeausdehnung in axialer Richtung gegen die Ringe. Die axiale Verschiebung wird über das Abstützelement der Lagerkomponente vermittelt. Die Abstützung des Wärmedehnungsausgleichselement kann über eine Anschlagsfläche eines der Ringe gegenüber dem Lagergehäuse erfolgen.
Bei der vorbeschriebenen Anordnung ist das Dehnelement bevorzugt als ein Ring ausgeführt, der in einen in etwa S-förmigen radialen Querschnitt aufweist. Die entsprechenden axialen Fortsätze sind als schmalere Ringstreifen von den Rändern der Ringe gefasst bzw. gehalten. Durch diese Ausgestaltung werden die Ringe radial im Sinne einer Vormontageeinheit durch das Dehnelement zusammengehalten, ohne dass eine axiale Verschiebbarkeit eingeschränkt wäre.
In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltungsvariante besitzt der Fassungsring in einem radialen Querschnitt im Wesentlichen eine S-förmige Gestalt mit zwei zueinander radial versetzten, entgegengesetzt liegenden Aussparungen, wobei in jede der Aussparungen des Fassungsrings ein Dehnelement aufgenommen sowie ein Stützring angeordnet ist. Die radial versetzte Anordnung der Dehnelemente ermöglicht es, dass auf dem halben axialen Bauraum des Wärmedehnungsausgleichselements der doppelte Ausdehnungsausgleich stattfinden kann, da sich die einzelnen Dehnwege der Dehnelemente additiv überlagern können. Insgesamt kann hierdurch also der axiale Bauraumbedarf des Wärmedehnungsausgleichselements erheblich verringert werden.
Die zweite Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Wälzlager mit einem Lagergehäuse und mit einem in das Lagergehäuse eingesetzten Lagermodul sowie mit einem vorbeschriebenen Wärmedehnungsausgleichselement, wobei das Lagermodul eine Anzahl von Lagerkomponenten umfasst, die mittels einer Anzahl von Wälzkörpern zueinander bewegbar gelagert sind, und wobei das Wärmedehnungsausgleichselement als ein Gegenlager zumindest einer der Lagerkomponenten eingesetzt ist.
Das Wälzlager kann sowohl nach Art eines Linearwälzlagers als auch nach Art eines Drehwälzlagers ausgeführt sein. Das Wärmedehnungsausgleichselement wirkt hier als ein axiales Gegenlager zumindest einer der Lagerkomponenten. Dazu ist das Wärmedehnungsausgleichselement beispielsweise zwischen der entsprechenden Lagerkomponente und dem Lagergehäuse angeordnet. Hierdurch kann insbesondere durch eine Wärmeausdehnung des Dehnelements des Wärmedehnungsausgleichselements einer temperaturbedingten Verschiebung der entsprechenden Lagerkomponente effektiv entgegengewirkt werden.
Vorzugsweise ist das Wälzlager nach Art eines Drehwälzlagers ausgeführt. Hierzu umfasst das Lagermodul einen Lageraußenring und einen darin angeordneten, eine Welle lagernden Lagerinnenring, wobei die Lagerringe um eine Drehachse drehbar zueinander gelagert sind, und wobei das Wärmedehnungsausgleichselement als ein Gegenlager eines der Lagerringe fungiert. Das Lagergehäuse ist, wie erwähnt, häufig aus Aluminium oder Magnesium gefertigt. Die Welle ist meist aus einem Stahl hergestellt. Das Wärmedehnungsausgleichselement ist hierzu bevorzugt ringförmig ausgeführt. Es kann aber auch lediglich segmentweise in das Lager gesetzt sein.
Das Wärmedehnungsausgleichselement ist bevorzugt in einem axial vorgespannten Wälzlager als ein axiales Gegenlager einer der Lagerkomponenten eingesetzt. Das Wärmedehnungsausgleichselement kann sowohl als ein axiales Gegenlager eines Lagerinnenrings als auch eines Lageraußenrings eingesetzt sein. Für eine axiale Gegenlagerung des Lagerinnenrings ist das Wärmedehnungsausgleichselement beispielsweise zwischen dem Lagerinnenring und einem Druckbund der von dem Lagerinnenring gelagerten Welle befestigt. Vorzugsweise ist das Wärmedehnungsausgleichselement als ein axiales Gegen lager des Lageraußenrings vorgesehen. Hierfür ist das Wärmedehnungsausgleichselement zwischen dem Lageraußenring und dem Lagergehäuse angeordnet.
Die Wälzkörper des Wälzlagers, ob es nun nach Art eines Drehwälzlagers, oder nach Art eines Linearwälzlagers ausgeführt ist, sind häufig in einem entsprechenden Käfig aufgenommen und werden hierdurch voneinander beabstandet zwischen den entsprechenden Lagerkomponenten gehalten. Als Wälzkörper können beispielsweise Kugeln, Zylinderrollen, Nadelrollen oder Kegelrollen vorgesehen sein. Vorzugsweise sind als Wälzkörper Kegelrollen vorgesehen. Hierdurch ist ein Kegelrollenlager realisiert.
Bevorzugt wird ein Schrägrollenlager wie ein Schrägkugellager oder Kegelrollenlager mit dem Wärmedehnungsausgleichselement ausgestattet. Bei einem solchen Lager wirkt das Wärmedehnungsausgleichselement axial auf eine ”schräge” Lagerkomponente, so dass ein Radialspiel durch das Nachführen der Lagerkomponente kompensiert ist.
Ein Kegelrollenlager ist insbesondere ein nicht selbsthaltendes Lager, so dass der Lagerinnenring samt den Wälzkörpern und dem Käfig getrennt vom Lageraußenring in das Lagergehäuse eingebaut werden kann. Häufig ist es vorgesehen, das Kegelrollenlager unter Aufbringung einer axialen Vorspannung in dem Lagergehäuse zu montieren, um insbesondere eine spielfreie Lagerung der Welle zu realisieren.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
1: ein Wärmedehnungsausgleichselement gemäß einer ersten Ausgestaltungsvariante in einer Explosionsdarstellung,
2: das zusammengebaute Wärmedehnungsausgleichselement gemäß 1 in einer perspektivischen Ansicht,
3: das zusammengebaute Wärmedehnungsausgleichselement gemäß 2 in einem radialen Querschnitt,
4: das zusammengebaute Wärmedehnungsausgleichselement gemäß 2 in einem Mikroskopschnitt,
5: ein Drehwälzlager gemäß einer ersten Ausgestaltungsvariante
6a ein Diagramm eines Ölbeständigkeitsversuchs bei 20°C,
6b: ein Diagramm eines Ölbeständigkeitsversuchs bei 100°C,
6c: ein Diagramm eines Ölbeständigkeitsversuchs bei 150°C,
7a–7d: Diagramme eines Funktionsversuchs mit dem Wärmedehnungsausgleichselement gemäß 1,
8: ein Wärmedehnungsausgleichselement gemäß einer zweiten Ausgestaltungsvariante in einer Explosionsdarstellung,
9: das zusammengebaute Wärmedehnungsausgleichselement gemäß 8 in einem radialen Querschnitt,
10: ein Drehwälzlager gemäß einer zweiten Ausgestaltungsvariante in einem radialen Querschnitt,
11: ein Wärmedehnungsausgleichselement gemäß einer dritten Ausgestaltungsvariante in einer Explosionsdarstellung,
12: das zusammengebaute Wärmedehnungsausgleichselement gemäß 11,
13 ein Wärmedehnungsausgleichselement gemäß einer vierten Ausgestaltungsvariante, und
14 ein Drehwälzlager gemäß einer dritten Ausgestaltungsvariante.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
In 1 ist ein Wärmedehnungsausgleichselement 4 gemäß einer ersten Ausgestaltungsvariante in einer Explosionsdarstellung gezeigt. Wie der Explosionsdarstellung zu entnehmen ist, umfasst das Wärmedehnungsausgleichselement 4 ein Dehnelement 8 sowie ein ringförmiges Fassungselement 10, in welches das Dehnelement 8 eingesetzt werden kann. Zur Orientierung ist die Umfangsrichtung 12 eingezeichnet.
Das dargestellte Fassungselement 10 setzt sich aus einem Fassungsring 14 gegeben und einem in den Fassungsring 14 axial einschiebbaren Stützring 16 zusammen. Sowohl der Fassungsring 14 als auch der Stützring 16 des Fassungselements 10 sind als ein Umformteil aus einem Stahlblech ausgeführt. Der Fassungsring 14 und der Stützring 16 sind als Hohlprofilkörper ausgeführt und weisen in einem Querschnitt senkrecht zur Umfangsrichtung 12 in etwa jeweils eine U-Form 18 auf. Man erkennt die jeweils in axialer Richtung 22 verlaufenden Schenkel 32 und den die Schenkel 32 verbindenden Verbindungssteg 34. Fassungsring 14 und Stützring 16 weisen mit ihren Öffnungen 35 aufeinander zu. Der Stützring 16 ist unter Aufnahme des Dehnelements 8 in den Fassungsring 14 einschiebbar, wozu die Schenkel 32 des Stützrings 16 eine gegenüber der inneren Breite der Schenkel 32 des Fassungsrings 14 verringerte äußere Breite aufweisen.
Das Dehnelement 8 ist dem sich ergebenen Aufnahmehohlraum 42 (3) angeformt. Es weist hierzu in einem radialen Querschnitt eine Art ”Bolzenform” mit einem Schaftkörper 39 und einem gegenüber dem Schaftkörper 39 verbreiterten Kopf 40 auf. Das Dehnelement 8 ist als Spritzgussteil aus einem ”Elastollan C 85 A” gefertigt.
Das gezeigte Wärmedehnungsausgleichselement 4 ist besonders einfach zu montieren. Dabei wird das Dehnelement 8 in den Fassungsring 14 eingebracht, und anschließend der Stützring 16 in den Fassungsring 14 gesteckt. In 2 ist das Wärmedehnungsausgleichselement 4 im zusammengefügten Zustand dargestellt. Es wird eine kompakte Montageeinheit mit geringem axialem Bauraum zur Verfügung gestellt. Durch die dreiseitige Umfassung sowie durch den hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten des verwendeten Dehnmaterials wird eine hohe Axialausdehnung erzielt.
3 zeigt das zusammengebaute Wärmedehnungsausgleichselement 4 gemäß 2 nochmals detailliert in einem radialen Querschnitt. In dieser Darstellung wird der durch den Stützring 16 und den Fassungsring 14 gebildete Aufnahmehohlraum 42 und die hieran angepasste Form des Dehnelements 8 deutlich sichtbar. Der Stützring 16 wirkt als eine Art Kolben, der in dem Fassungsring 14 gleitet und eine Wärmeausdehnung des Dehnelements 8 in axialer Richtung 22 vermittelt. Durch die Führung des Dehnelements 8 in dem Fassungselement 10 beträgt die axiale Wärmeausdehnung des Dehnelements 8 rund das Dreifache der eines ungeführten Dehnelements. Bei Temperaturänderung verändert sich die axiale Aufbauhöhe 44 des Wärmedehnungsausgleichselements 4.
4 zeigt eine vergrößerte Detailansicht der Schnittfläche des Wärmedehnungsausgleichselements 4 gemäß 3. Gut zu erkennen ist die Form des Dehnelements 8, welches mit seinem Schaftkörper 39 und dem Schaftkopf 40 in dem Aufnahmehohlraum 42 bis auf eine Fülllücke 46 aufgenommen ist. Wird das Wärmedehnungsausgleichselements 4 in einem Wälzlager eines Getriebes eingesetzt, ist bei einer Arbeitstemperatur von etwa 100°C ein geringfügiges durch Öleinlagerung bedingtes Aufquellen des Werkstoffs Elastollan zu erwarten. Ein derartiges Aufquellen kann durch ”Auffüllen” der Fülllücke 46 aufgefangen werden.
5 zeigt einen Ausschnitt eines Drehwälzlagers 50 gemäß einer ersten Ausgestaltungsvariante. Das Drehwälzlager 50 umfasst ein Lagermodul, welches einen Lageraußenring 52 und einen in dem Lageraußenring 52 angeordneten Lagerinnenring 54 umfasst. Zur Orientierung ist wiederum die Umfangsrichtung 12 eingezeichnet. Das Drehwälzlager 50 ist als ein Kegelrollenlager ausgeführt. Die Wälzkörper 56 sind als Kegelrollen gegeben. Der Lageraußenring 52 und der Lagerinnenring 54 weisen jeweils eine zur Axialrichtung 22 bzw. Drehachse 58 geneigte Laufbahn auf. Insgesamt ist das Drehwälzlager 50 axial vorgespannt. Die Vorspannung wird hierbei überdurch ein schematisch dargestelltes Lagergehäuse 55 vermittelt. Das Wärmedehnungsausgleichselement 4 ist als ein axiales Gegenlager für den Lageraußenring 52 eingesetzt. Dabei stützt sich der Stützring 16 an dem Lagergehäuse 55 ab. Der Fassungsring 14 wirkt axial gegen den Lageraußenring 52, in welches das die Lagerringe 52, 54 umfassende Lagermodul eingesetzt ist.
Der Lagerinnenring 54 ist weiter zur Lagerung einer hier nicht dargestellten Welle 112 (s. 14) vorgesehen. Die Welle 112 ist aus einem Stahl und das Lagergehäuse 55 aus Aluminium gefertigt. Aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Stahl und Aluminium führt eine Temperaturänderung zu einer unterschiedlichen Wärmeausdehnung der Welle 112 und des Lagergehäuses 55. Dies führt insbesondere zu einer Veränderung der Vorspannung des Drehwälzlagers 50 und damit zu einem unerwünschten temperaturabhängigen Lagerspiel.
Das Wärmedehnungsausgleichselement 4 wirkt dieser Temperaturabhängigkeit des Lagerspeils entgegen. Bei einer Temperaturerhöhung dehnt sich das Dehnelement 8 gegenüber dem Lagergehäuse 55 axial aus. Der Fassungsring 14 und der Stützring 16 werden axial auseinandergedrückt. Durch den zusätzlichen Versatz bleibt der Lageraußenring 52 den Kegelrollen angepresst. Die Vorspannung und damit die Spielfreiheit bleibt erhalten.
In den 6 sind Diagramme von Ölbeständigkeitsversuche für einen aus Elastollan C 85 A gefertigten Probenkörper dargestellt. Dazu wurde jeweils ein Probenkörper über 14 Tage in einem auf eine vorgegebenen Temperatur erwärmten Ölbad gelagert, und die prozentualen Änderungen seiner Shore-D Härte 60, seiner Shore-A Härte 61, seines Volumens 62 und seines Gewichts 64 beobachtet. Für das Ölbad wurde das Getriebeöl ”Titan G 052182 A2” verwendet. 6a zeigt hierbei ein Diagramm eines Ölbeständigkeitsversuchs, welcher bei 20°C durchgeführt wurde. 6b zeigt ein Diagramm eines bei 100°C durchgeführten Ölbeständigkeitsversuchs. Und das in 6c gezeigte Diagramm bezieht sich auf einen bei 150°C durchgeführten Ölbeständigkeitsversuch.
Bei einer Temperatur von 20°C (6a) ergeben sich bei allen gemessenen Materialparametern nur vernachlässigbare Änderungen von weniger als 4%. Das Gewicht 64 und das Volumen 62 ändern sich simultan. Der Werkstoff zeigt eine hohe Ölbeständigkeit. Es findet kein exzessives Aufquellen statt. Bei einer Temperatur von 100°C wird Ähnliches beobachtet. Aufgrund der insgesamt geringen Änderungswerte kann auch für diesen Temperaturbereich die Ölbeständigkeit des Werkstoffs als gut eingestuft werden. Dies ist besonders wichtig für den Erhalt der Funktionalität des Dehnelements 8 bei einem Einsatz in der Arbeitsumgebung eines Getriebes.
6c zeigt ein Diagramm des bei 150°C durchgeführten Ölbeständigkeitsversuchs. Wie aus diesem Diagramm hervorgeht, nehmen Volumen 62 und Gewicht 64 am Ende des 14-tägigen Versuchs lediglich um 4% ab. Dies spricht für ein nur geringfügiges Auflösen des Werkstoffs Elastollan C 85 A. Die beiden Härten 60 und 61 sind auch nach einer 14-tägigen Dauer nur um etwa 10% reduziert. Der Werkstoff scheint Öl einzulagern, jedoch ist dies nicht mit einer signifikanten Verschlechterung seiner hier wesentlichen Eigenschaften verbunden.
In den 7 sind Diagramme eines Funktionsversuchs zur Wärmeausdehnung des Wärmedehnungsausgleichselements 4 in dem Drehwälzlager 50 gemäß 5 dargestellt. Hierbei wird ein Erwärmungs-Abkühlungszyklus mehrfach wiederholt. Das Drehwälzlager 50 ist mit einer Axiallast von 10 kN beaufschlagt.
7a zeigt in einem Temperatur-Zeit-Diagramm den Temperaturverlauf 66 einer Heizvorrichtung, mittels welcher ein Erwärmen/Abkühlen des Wärmedehnungsausgleichelements 4 erfolgt. Jeder einzelne Zyklus von etwa 10 Stunden umfasst einen Temperaturgang von –20°C bis +100°C. Die Zyklen sind innerhalb eines Zeitraums von 70 Stunden mehrmals durchlaufen. Der entsprechend resultierende Temperaturverlauf 68 im Wärmedehnungsausgleichselement ist ebenfalls dargestellt. Man erkennt den entsprechenden Zeitversatz.
7b zeigt in einem Weg-Zeit-Diagramm den resultierenden zeitlichen Verlauf der temperaturbedingten axialen Ausdehnung 70 des Wärmedehnungsausgleichselements 4. Das Wärmedehnungsausgleichselement 4 folgt mit seiner Ausdehnung dem Temperaturverlauf 68 gemäß 7a.
7c zeigt in einem Axiallast-Zeit-Diagramm den zeitlichen Verlauf der Axiallast 74 des Drehwälzlagers 50. Es wird ersichtlich, dass die Axiallast im Drehwälzlager 50 unter Wirkung des Wärmedehnungsausgleichselements 4 annähernd konstant bei 10 kN bleibt. Somit ist eine temperaturbedingte Veränderung des Lagerspiels im Drehwälzlager 50 kompensiert. Das Wärmedehnungsausgleichselement 4 wirkt dieser unerwünschten Änderung zuverlässig entgegen.
7d zeigt in einem Weg-Temperatur-Diagramm den temperaturabhängigen Verlauf der axialen Ausdehnung des Wärmedehnungsausgleichselements 4. Das Wärmedehnungsausgleichselement 4 zeigt nur eine vernachlässigbar geringe Hysterese 76, die dadurch resultiert, dass die Volumenänderung des Dehnelements 8 während eines Abkühl- und während eines Aufheizzyklus auf unterschiedlichen Pfaden verläuft. Die Ausbildung einer ausgeprägten Hysterese 76 wird insbesondere auch dadurch verhindert, dass zwischen dem Fassungselement 10 und dem Dehnelement 8 nur eine sehr geringe Reibung wirk sam wird. Der Reibkoeffizient zwischen Elastollan und Stahl beträgt lediglich 0,11. Der entsprechende Reibungskoeffizient wurde aus einem Schwingungsreibverschleißversuch (Anpresskraft 610 N, Temp. 120°C, Schwingfrequenz 25 Hz, Gleitweg 1 mm, Dauer: 120 min) ermittelt.
8 zeigt ein Wärmedehnungsausgleichselement 80 gemäß einer zweiten Ausgestaltungsvariante in einer Explosionsdarstellung. Auch das Wärmedehnungsausgleichselement 80 umfasst ein ringförmiges Dehnelement 8 sowie ein ringförmiges Fassungselement 10. Das Fassungselement 10 gemäß 8 umfasst einen sich in Umfangsrichtung 12 erstreckenden Fassungsring 14 und einen Stützring 16. Das Fassungselement 10 ist wiederum aus Stahl gefertigt. Das ringförmige Dehnelement 8 ist aus Elastollan C 85 A als ein Spritzgussteil hergestellt. Das Dehnelement 8 weist hier die Gestalt eines flachen Bandes auf, so dass eine geringe radiale Aufbauhöhe des Wärmedehnungsausgleichselements 80 erzielt wird.
Das flache Dehnelement 8 ist radial zwischen einem inneren Fassungsring 14 und einem äußeren Stützring 16 aufgenommen. Dabei ist das Dehnelement 8 in axialer Richtung zwischen einem abgewinkelten Rand 86 des Fassungsrings 14 und einem abgewinkelten Rand 87 des Stützrings 16 aufgenommen. In radialer Richtung liegt das Dehnelement 8 zwischen den flachen axialen Ringflächen 84 der beiden Ringe 14, 16. In axialer Richtung liegt keine Verhakung zwischen den Ringen 14, 16 vor. Vielmehr liegen die abgewinkelten Ränder 86, 87 den Ringflächen 84 des jeweils anderen Rings 14, 16 radial an, so dass ein axiales Verschieben gegeneinander gewährleistet ist.
Dieser Aufbau wird genauer aus 9 ersichtlich, die einen radialen Querschnitt des Wärmedehnungsausgleichselements 80 gemäß 8 im zusammengebauten Zustand zeigt. Durch das Fassungselement 10 insgesamt ist eine Wärmeausdehnung des in dem Aufnahmehohlraum 42 aufgenommenen Dehnelements 8 im Wesentlichen auf eine axiale Ausdehnung beschränkt. Das Dehnelement 8 ist dem Aufnahmehohlraum 42 angeformt, was aus 10 ersichtlich werden wird.
10 zeigt einen Ausschnitt eines Drehwälzlagers 91 gemäß einer zweiten Ausgestaltungsvariante in einem radialen Querschnitt. Entsprechend 5 umfasst das Drehwälzlager 91 einen sich in Umfangsrichtung 12 erstreckenden Lageraußenring 52 sowie einen Lagerinnenring 54 und ein Lagergehäuse 55. Das Drehwälzlager 91 ist wiederum als ein Kegelrollenlager ausgeführt, bei dem die Wälzkörper 56 als Kegelrollen gegeben sind. Anders als in 5 umfasst das hier dargestellte Drehwälzlager 91 ein Wärmedehnungsausgleichselement 80 gemäß 8 und 9, welches dem Lageraußenring 52 radial aufgesetzt ist. Hierbei liegt das Wärmedehnungsausgleichselement 80 mit seinem Fassungsring 14 einer radial äußeren Umfangsfläche 93 des Lageraußenrings 52 an. Der Fassungsring 14 weist ein Abstützelement 90 auf, womit sich der Fassungsring 14 an einem Vorsprung 92 der axialen Stirnfläche des Lageraußenrings 52 abstützt. Über dieses Abstützelement 90 wird die axiale Wärmedehnung des Dehnelements 8 auf den Lageraußenring 52 vermittelt.
10 ist weiter gut zu entnehmen, dass sich der Aufnahmehohlraum 42 in dem radialen Querschnitt in etwa S-förmig darstellt. Das Dehnelement 8 ist dem Aufnahmehohlraum 42 angeformt und weist zwei axiale Fortsätze 94, 95 auf, die von den abgewinkelten Enden 86 bzw. 87 der Ringe 114, 16 umgriffen sind. Durch diese Ausgestaltung wird zusätzlich ein Zusammenhalt des aus dem Stützring 16 und dem Fassungsring 14 zusammengesetzten Fassungselements 10 im Sinne einer Vormontageeinheit realisiert.
11 zeigt ein Wärmedehnungsausgleichselement 96 gemäß einer dritten Ausgestaltungsvariante in einer Explosionsdarstellung. Ebenso wie in 2 oder 8 beschrieben ist das Wärmedehnungsausgleichselement 96 im Wesentlichen ringförmig ausgeführt. Im Gegensatz zu den vorgenannten Figuren ist der Fassungsring 14 hier jedoch nicht als ein Hohlprofilkörper ausgestaltet. Stattdessen ist der Fassungsring 14 als ein massiver Stahlblechring gegeben, in welchen beidseits eine Anzahl von ringsegmentförmigen Ausnehmungen 97 eingebracht ist. Das Wärmedehnungsausgleichselement 96 umfasst anders als in den 2 oder 8 auch keinen geschlossenen Stützring 16, sondern eine Anzahl von Stützringsegmenten 98. Unter Einschluss der segmentweise vorliegenden Dehnelements 8 werden die Stützringsegmente 98 in die entsprechenden Ausnehmungen 97 zu beiden Seiten des Fassungsrings 14 eingesetzt. Das Dehnelement 8 bzw. jedes der einzelnen Segmente ist aus Elastollan C 85 A gefertigt.
Durch die Unterteilung des Aufnahmehohlraums in eine Anzahl von Hohlraumsegmenten ist es möglich, ein Fließen des Materials des Dehnelements 8 von einer mechanisch stärker belasteten Stelle zu einer weniger belasteten Stelle zu verhindern. Dies ist besonders für einen Einsatz des Wärmedehnungsausgleichselements 96 in einem Drehwälzlager wichtig.
12 zeigt einen Ausschnitt des Wärmedehnungsausgleichselements 96 gemäß 11 in einem zusammengebauten Zustand. Daraus wird der radiale Querschnitt durch eines der Hohlraumsegmente des Aufnahmehohlraums 42 ersichtlich. Die Ausnehmung 97 ist mittels des axial verschiebbaren Stützringsegments 98 verschlossen. In dem durch die Ausnehmung 97 gebildeten Aufnahmehohlraum 42 ist ein Ringsegment des Dehnelements 8 aufgenommen.
13 zeigt einen Ausschnitt eines Wärmedehnungsausgleichselements 102 gemäß einer vierten Ausgestaltungsvariante. Aus der Darstellung ist ein radialer Querschnitt des Wärmedehnungsausgleichselements 102 ersichtlich. Das Wärmedehnungsausgleichselement 102 umfasst einen sich in Umfangsrichtung 12 erstreckenden Fassungsring 14, welcher in einem radialen Querschnitt in etwa eine S-Form 104 aufweist. In jede der zwei durch die S-Form 104 vorgegebenen Aussparungen des Fassungsrings 14 ist ein ringförmiges Dehnelement 8 aufgenommen. Auf jedes der Dehnelemente 8 ist ein Stützring 16 deckelartig aufgesetzt. Die ringförmigen Dehnelemente 8 sind radial zueinander versetzt angeordnet. Hierdurch wird ein doppelter Ausdehnungsausgleich erzielt, da sich die einzelnen Dehnwege der Dehnelemente 8 additiv überlagern. Insgesamt wird der axiale Bauraumbedarf des Wärmedehnungsausgleichselements 102 gering gehalten.
14 zeigt ein Drehwälzlager 110 gemäß einer vierten Ausgestaltungsvariante in einem radialen Querschnitt. Wie in den 5 und 10 beschrieben, ist das Drehwälzlager 110 hier als ein Kegelrollenlager ausgeführt und umfasst einen sich in Umfangsrichtung 12 erstreckenden Lageraußenring 52 sowie einen entsprechenden Lagerinnenring 54. Weiterhin umfasst das Drehwälzlager 110 ein Wärmedehnungsausgleichselement 4'. In dem Lagerinnenring 54 ist eine Welle gelagert. Schematisch ist auch das Lagergehäuse 55 dargestellt, in welchem das Drehwälzlager 110 entlang seines Lageraußenrings 58 aufgenommen ist.
Anders als in den 5 und 10, ist in der hier gezeigten Ausgestaltungsvariante das Wärmedehnungsausgleichselement 4' an dem Lagerinnenring 54 des Drehwälzlager 110 angeordnet. Hierbei ist das Wärmedehnungsausgleichselement 4' zwischen einer axialen Stirnfläche des Lagerinnenrings 54' und einem Druckbund 114 der Welle 112 angeordnet. Das Wärmedehnungsausgleichselement 4' wirkt somit als ein axiales Gegenlager des Lagerinnenrings 54 und wirkt so einer temperaturbedingten Verschiebung der Lagerkomponenten entgegen.

4: W.ausgleichselement
8: Dehnelement
10: Fassungselement
12: Umfangsrichtung
14: Fassungsring
16: Stützring
18: U-Form
22: Axialrichtung
32: Schenkel
34: Verbindungssteg
35: Öffnung
36: radialer Abstand
37: radialer Abstand
39: Schaftkörper
40: Kopf
42: Aufnahmehohlraum
44: Aufbauhöhe
46: Fülllücke
50: Drehwälzlager
52: Lageraußenring
54: Lagerinnenring
55: Lagergehäuse
56: Wälzkörper
58: Drehachse
60: Shore-D Härte
61: Shore-A Härte
62: Volumen
64: Gewicht
66: Zyklus
68: Erwärmungsverlauf
70: Ausdehnung
74: Kraftverlauf
76: Hysterese
80: W.ausgleichselement
84: Ringfläche
86: abgewinkelter
87: abgewinkelter Rand
90: Abstützelement
91: Drehwälzlager
92: Vorsprung
93: Umfangsfläche
94: Ausbuchtung
95: Fortsatz
96: W.ausgleichselement
97: Ausnehmung
98: Stützringsegment
102: W.ausgleichselement
104: S-Form
105: radiale Richtung
110: Drehwälzlager
112: Welle
114: Druckbund

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 4221802 A1 [0002]
- WO 2006/014934 A1 [0002]
- US 5028152 A [0002]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- ISO 18064 [0009]
- ISO 18064 [0009]
- ISO 18064 [0009]
- ISO 18064 [0009]
- ISO 18064 [0009]
- ISO 18064 [0009]
- DIN 53505 [0016]
- DIN 7868 [0016]
- ISO 18064 [0021]

Claims

Wärmedehnungsausgleichselement (4, 80, 96, 102) als Gegenlager in einem Wälzlager (50, 91, 110), mit einem Dehnelement (8) mit hohem Wärmeausdehnungskoeffizienten, und mit einem Fassungselement (10), in welchem das Dehnelement (8) ausdehnbar aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Dehnelement (8) aus einem thermoplastischen Elastomer-Werkstoff gefertigt ist.
Wärmedehnungsausgleichselement (4, 80, 96, 102) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumen-Wärmeausdehnungskoeffizient 3·alpha des Werkstoffs, gemessen unter einer Krafteinwirkung von 20 kN, größer als 50 × 10^–5 K^–1 ist.
Wärmedehnungsausgleichselement (4, 80, 96, 102) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff aus der Gruppe der thermoplastischen Urethane und thermoplastischen Hartpolyurethane ausgewählt ist.
Wärmedehnungsausgleichselement (4, 80, 96, 102) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff eine Beständigkeit gegenüber Öl, insbesondere gegenüber einem Getriebeöl, aufweist.
Wärmedehnungsausgleichselement (4, 80, 96, 102) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff nach einer 14-tägigen Einlagerung in einem bis 150°C temperierten Ölbad eine Änderung der Shore-D Härte von höchstens 10% zeigt.
Wärmedehnungsausgleichselement (4, 80, 96, 102) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff nach einer 14-tägigen Einlagerung in einem bis 150°C temperierten Ölbad eine Volumenänderung von höchstens 10% zeigt.
Wärmedehnungsausgleichselement (4, 80, 96, 102) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Volumenänderung höchstens 4% beträgt.
Wärmedehnungsausgleichselement (4, 80, 96, 102) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff nach einer 14-tägigen Einlagerung in einem bis 150°C temperierten Ölbad eine Gewichtsänderung von höchstens 10% zeigt.
Wärmedehnungsausgleichselement (4, 80, 96, 102) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtsänderung höchstens 4% beträgt.
Wärmedehnungsausgleichselement (4, 80, 96, 102) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Werkstoff ein TPU-ARES gemäß der ISO 18064 eingesetzt ist.
Wärmedehnungsausgleichselement (4, 80, 96, 102) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fassungselement (10) einen Fassungsring (14) sowie einen Stützring (16) oder ein Stützringsegment (98) umfasst, wobei der Fassungsring (14) und der Stützring (16) bzw. das Stützringsegment (98) zumindest ringsegmentweise einen Aufnahmehohlraum (42) ausbilden, in welchem das Dehnele ment (8) aufgenommen ist, wobei der Fassungsring (14) und der Stützring (16) bzw. das Stützringsegment (98) in axialer Richtung (22) relativ zueinander bewegbar sind.
Wärmedehnungsausgleichselement (4, 80, 96, 102) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützring (16) und der Fassungsring (14) als in axialer Richtung (22) geöffnete Hohlprofilkörper ausgestaltet sind, die mit den Öffnungen (35) zueinander unter Ausbildung des Aufnahmehohlraums (42) axial verschiebbar ineinander gesetzt sind.
Wärmedehnungsausgleichselement (4, 80, 96, 102) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützring (16) und der Fassungsring (16) in einem radialen Querschnitt jeweils im Wesentlichen eine U-Form (18) aufweisen.
Wärmedehnungsausgleichselement (4, 80, 96, 102) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützring (16) dem Fassungsring (14) unter Zwischenlage des Dehnelements (8) axial verschiebbar, radial außen anliegt, wobei das Dehnelement (8) in axialer Richtung zwischen einem abgewinkelten Rand (87) des Stützrings (16) und einem abgewinkelten Rand (86) des Fassungsrings (14) gehalten ist, und wobei am Fassungsring (14) ein Abstützelement (90) zum Abstützen an einer Lagerkomponente ausgebildet ist.
Wärmedehnungsausgleichselement (4, 80, 96, 102) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Dehnelement (8) in einem radialen Querschnitt im Wesentlichen S-förmig mit zwei axialen Fortsätzen (95) ausgebildet ist, wobei die axialen Fortsätze (95) jeweils von einem abgewinkelten Rand (86, 87) der Ringe (14, 16) umgriffen sind.
Wärmedehnungsausgleichselement (4, 80, 96, 102) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Fassungsring (14) in einem radialen Querschnitt im Wesentlichen S-förmig (104) mit zwei zueinander radial versetzten, entgegengesetzt liegenden Aussparungen ausgebildet ist, wobei in jede der beiden Aussparungen ein ringförmiges Dehnelement (8) aufgenommen sowie ein Stützring (16) eingesetzt ist.
Wälzlager (50, 91, 110) mit einem Lagergehäuse (55) und mit einem in das Lagergehäuse (55) eingesetzten Lagermodul sowie mit einem Wärmedehnungsausgleichselement (4, 80, 96, 102) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei das Lagermodul eine Anzahl von Lagerkomponenten (52, 54) umfasst, die mittels einer Anzahl von Wälzkörpern (56) zueinander bewegbar gelagert sind, und wobei das Wärmedehnungsausgleichselement (4, 80, 96, 102) als ein Gegenlager zumindest einer der Lagerkomponenten (52, 64) eingesetzt ist.
Wälzlager (50, 91, 110) nach Anspruch 17, wobei das Wärmedehnungsausgleichselement (4, 80, 96, 102) als ein axiales Gegenlager zumindest einer der Lagerkomponenten (52, 64) eingesetzt ist.
Wälzlager (50, 91, 110) nach Anspruch 17 oder 18, wobei das Lagermodul einen Lageraußenring (52) und einen darin angeordneten, eine Welle (112) lagernden Lagerinnenring (54) umfasst, wobei die Lagerringe (52, 54) um eine Drehachse (58) drehbar zueinander gelagert sind, und wobei einer der Lagerringe (52, 54) an dem Wärmedehnungsausgleichselement (4, 80, 96, 102) axial gegengelagert ist.
Wälzlager (50, 91, 110) nach Anspruch 19, wobei das Wärmedehnungsausgleichselement (4, 80, 96, 102) zwischen dem Lageraußenring (52) und dem Lagergehäuse (55) angeordnet ist und den Lageraußenring (52) axial gegenlagert.
Wälzlager (50, 91, 110) nach einem der Ansprüche 17 bis 20, wobei die Wälzkörper (56) als Kegelrollen ausgeführt sind.