DE102009031063A1

DE102009031063A1 - Wälzlageranordnung

Info

Publication number: DE102009031063A1
Application number: DE102009031063A
Authority: DE
Inventors: Herbert Schimschal
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-06-30
Filing date: 2009-06-30
Publication date: 2011-01-05
Also published as: US20100329597A1; US8783962B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wälzlageranordnung mit zumindest einem äußeren Lagerring (1) und zumindest einem inneren Lagerring (2) sowie zwischen denselben in Laufbahnen geführte Wälzkörpern, wobei zur mechanischen Schwingungsdämpfung zumindest ein Dämpfungskörper (3, 4, 5) vorgesehen ist, welcher die Schwingungsübertragung auf zumindest ein im Kraftfluss nachfolgendes Bauteil reduziert. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zumindest ein Dämpfungskörper (3, 4, 5) mit zumindest einem Lagerring (1, 2) in Werkstoffverbund steht.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Wälzlageranordnung mit zumindest einem äußeren Lagerring und zumindest einem inneren Lagerring sowie zwischen denselben in Laufbahnen geführten Wälzkörpern, wobei zur mechanischen Schwingungsdämpfung zumindest ein Dämpfungskörper vorgesehen ist, welcher die Schwingungsübertragung auf zumindest ein im Kraftfluss nachfolgendes Bauteil reduziert.
Hintergrund der Erfindung
Eine solche Wälzlageranordnung ist aus DE 103 31 150 B4 bekannt. Dort ist ein so genanntes Drahtwälzlager in Form einer Drehführung mit zwei Führungsteilen bekannt, bei dem die Wälzkörper auf als Laufdrähten ausgebildeten Laufringen abrollen. Die Laufringe sind in elastischen Futterringen aus Elastomer angeordnet. Dabei dienen die Futterringe zur Verbesserung der Laufruhe und der Reduzierung der Geräuschentwicklung des Lagers. Nachteilig wirkt sich bei dieser Ausgestaltung der Umstand aus, dass die elastischen Futterringe aus Elastomer-Werkstoff im Betrieb eine gewisse Federwirkung erzeugen, die zu Ungenauigkeiten bei der Bewegungsübertragung zwischen den Führungsteilen führen. Zudem ist die Anordnung der Futterringe im Lager aufwendig.
Weiterhin ist aus DE 10 2007 023 244 A1 ein so genanntes Rundtischlager mit zwei über ein Radial-Axial-Wälzlager relativ zueinander gelagerten Laufringteilen bekannt, bei dem zur Reduzierung der Übertragung von im Wälzlager unerwünscht erzeugten Bauteilschwingungen auf die umgebende Konstruktion ein zum Wälzlager parallel geschalteter Squeeze-Film-Dämpfer vorgesehen ist. Dieser dämpft an einem Dämpfungspalt, der mit einem Dämpfungsfluid, z. B. Öl, gefüllt ist, die im Wälzlager erzeugten Bauteilschwingungen. Eine solche Ausgestaltung der Schwingungsdämpfung des Wälzlagers ist konstruktiv und fertigungstechnisch sehr aufwendig.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Wälzlageranordnung der vorgenannten Art zu schaffen, bei der im Betrieb die mechanische Schwingungsübertragung auf die umgebende Konstruktion reduziert ist, bei der gleichzeitig eine große Lagergenauigkeit gewährleistet wird und die einfach herstellbar ist. Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 und alternativ durch die Merkmale des Anspruchs 11 gelöst.
Zusammenfassung der Erfindung
Durch das Einbringen von schwingungsdämpfenden Material in zumindest einen Lagerring kann die Körperschall- und die Bauteil-Schwingungsübertragung auf die umgebende Konstruktion reduziert werden. Hierzu ist erfindungsgemäß zumindest ein Dämpfungskörper vorgesehen, der mit zumindest einem Lagerring in Werkstoffverbund steht. Durch den Werkstoffverbund zwischen Lagerring und Dämpfungskörper wird eine einteilige, steife Einheit geschaffen, die bei der Kraftübertragung zwischen dieser und einem im Kraftfluss nachfolgenden Bauteil einen Federungseffekt vermeidet und dadurch eine hohe Lagergenauigkeit gewährleistet sowie zugleich geräuschreduzierend und bauteilschwingungsdämpfend wirkt. Ein solcher Werkstoffverbund kann an der Grenzschicht zwischen Dämpfungskörper und Lagerring durch Stoff- oder Formschluss oder durch eine Kombination von beidem erfolgen und ist einfach herstellbar. Da die Dämpfung unmittelbar im Lagerring selber erfolgt, wird zusätzlicher Montage- und Fertigungsaufwand zum Einbringen von dämpfenden Bauteilen in das Lager vermieden. Der Dämpfungskörper kann einen oder mehrere geschlossene, insbesondere ringförmige Bereiche am Lagerring bilden. Denkbar ist aber auch, dass der Dämpfungskörper einen oder mehrere diskrete Bereiche am Lagerring, insbesondere zur Befestigung des Lagers an der umgebenden Konstruktion, bildet. Der Dämpfungskörper kann auch in Werkstoffverbund mit einer als Lagerring ausgeführten Lagerschale oder einem als Lagerring ausgeführten Lagergehäuse ausgebildet sein.
Der Dämpfungskörper besteht aus schwingungsdämpfendem und im Verbund mit Metall einfach herstellbarem, insbesondere gießbarem oder spritzbarem Material, das bei geringem Gewicht eine hohe spezifische Steifigkeit und Festigkeit besitzt. Im Verbund mit Metall, insbesondere Stahl, ist Kunststoff einsetzbar. Insbesondere Polymer-Hartschäume weisen bei geringem Gewicht eine hohe Festigkeit und Steifigkeit auf und haben zugleich körperschall- und schwingungsdämpfende Eigenschaften. Denkbar ist auch, Metallschäume einzusetzen, die eine hohe spezifische Steifigkeit und Festigkeit sowie dämpfende Eigenschaften besitzen.
Vorzugsweise ist der Dämpfungskörper in Epoxidharzschaum, ausgeführt. Epoxidharzschaum weist eine hoher Festigkeit, Steifigkeit und Temperaturbeständigkeit sowie chemischer Beständigkeit auf. Außerdem ist durch Aufschäumen von Epoxidharz an einem metallischen, insbesondere in Stahl ausgeführten Bauteil ein Werkstoffverbund besonders einfach herstellbar. Die im Vergleich, insbesondere zu Stahl, geringere Dichte des Epoxidharzschaums führt zu einer Verringerung der Masse des Lagerrings und reduziert das Gesamtgewicht des Lagers.
In einer bevorzugten Ausgestaltung bildet der Dämpfungskörper einen im Wesentlichen ringförmigen Dämpfungsbereich des Lagerrings und steht am oder im Lagerringkörper ringförmig umlaufend mit diesem in Werkstoffverbund. Dadurch kann der Lagerring über seinen gesamten Ringumfang körperschall- und schwingungsgedämpft werden. Weist der Dämpfungskörper eine kreisringförmige Kontur auf, bildet er einen Dämpfungsringbereich des Lagerrings. Denkbar ist auch, dass der Dämpfungskörper, insbesondere zur Herstellung einer formschlüssigen Verbindung zwischen diesem und dem Lagerring an der Grenzschicht des Werkstoffverbunds, mit einer von der kreisringförmigen abweichenden Kontur ausgeführt ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung bildet der Dämpfungskörper zumindest einen Zwischenringbereich des Lagerrings. Hierbei steht der Dämpfungskörper an seinen beiden voneinander abgewandten radialen Umfangsseiten jeweils mit einem Ringbereich des Lagerrings in Werkstoffverbund und verbindet auf diese Weise zwei Ringbereiche des Lagerrings miteinander. Dabei dämpft der am Zwischenringbereich in den Lagerring integrierte Dämpfungskörper über seinen gesamten Ringumfang die Körperschall- und Schwingungsübertragung am Lagerring. Denkbar ist auch, dass ein Lagerring mehrere jeweils als ein Zwischenringbereich integrierte Dämpfungskörper aufweist.
Nach einer weiteren besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung ist sowohl am inneren als auch am äußeren Lagerring jeweils ein einen Zwischenringbereich bildender Dämpfungskörper vorgesehen. Hierdurch kann die Wälzlageranordnung sowohl am äußeren als auch am inneren Lagerring jeweils über dessen gesamten Ringumfang an einem Zwischenringbereich körperschall- und schwingungsgedämpft werden.
In einer weiteren Variante der Erfindung bildet der Dämpfungskörper am äußeren Lagerring dessen radial außen liegenden freien Ringbereich und/oder am inneren Lagerring dessen radial innen liegenden freien Ringbereich. Hierbei ist der freie Ringbereich, insbesondere zur Befestigung des Lagerrings, mit zumindest einem im Kraftfluss nachfolgenden Bauteil verbindbar. Der Dämpfungskörper bildet dabei mit einem dem Lagerinnenraum radial zugewandten Ringbereich des Lagerrings einen Werkstoffverbund. Denkbar ist auch, dass an einem Lagerring neben einem einen freien Ringbereich bildenden Dämpfungskörper zugleich zumindest ein einen Zwischenringbereich bildender Dämpfungskörper am Lagerring vorgesehen ist.
Vorzugsweise bildet der Dämpfungskörper den radial außenliegenden freien Ringbereich des äußeren Lagerrings und steht an seiner dem Lagerinnenraum radial zugewandten Umfangsseite mit dessen Laufringbereich, der die Laufbahnen für die umlaufenden Wälzkörper bildet, in Werkstoffverbund. Dadurch besteht der äußere Lagerring aus einem Dämpfungsringbereich radial außen und einem Laufringbereich radial innen.
Es ist vorteilhaft, wenn der Dämpfungskörper am freien Ringbereich zumindest eine Aufnahme für Befestigungsmittel zur Verbindung mit zumindest einem im Kraftfluss nachfolgenden Bauteil aufweist. Zur Herstellung einer Schraubenverbindung kann die Aufnahme beispielsweise als ein Sackloch für einen Gewindeeinsatz oder als eine axiale Durchgangsbohrung ausgeführt sein. Hierbei kann der Dämpfungskörper auch als Befestigungsflansch ausgebildet.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Wälzlageranordnung mit zumindest einem zur mechanischen Schwingungsdämpfung vorgesehenen Dämpfungskörper vorgeschlagen. Zur Herstellung eines Werkstoffverbunds zwischen zumindest einem Dämpfungskörper und zumindest einem Lagerring der Wälzlageranordnung wird der Dämpfungskörper aus Kunststoff-Hartschaum, insbesondere Epoxidharzschaum, am Lagerring aufgeschäumt und/oder angegossen und/oder angespritzt. Der Dämpfungskörper kann, insbesondere durch Aufschäumen, am Lagerring an- oder in diesen eingefügt werden. Dabei benetzt der Schaum das Fügeteil und baut eine adhäsive Verbindung zu diesem, insbesondere zum Stahlwerkstoff, auf. Durch Integration des Aufschäumungsschrittes in den bestehenden Lagerring-Fertigungsprozess ist auf diese Weise ein Werkstoffverbund-Lagerring mit zumindest einem Dämpfungskörper einfach und kostengünstig herstellbar. Es ist auch möglich den Werkstoffverbund durch Gießen oder Spritzgießen oder durch eine Kombination aus diesen Herstellungsverfahren und dem Aufschäumschritt zu erzeugen. Unter Zugabe geeigneter Härter entsteht aus Epoxidharz ein duroplastischer Kunststoff von hoher Festigkeit, Steifigkeit und Temperaturbeständigkeit sowie chemischer Beständigkeit. Die im Vergleich, insbesondere zu Stahl, geringere Dichte des Epoxidharzschaums führt zu einer Verringerung der Masse des Lagerrings und reduziert das Gesamtgewicht des Lagers.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den beiliegenden Zeichnungen, in denen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind. Dabei zeigen:
1 einen Teilschnitt einer Wälzlageranordnung in einem ersten Ausführungsbeispiel mit zwei erfindungsgemäßen Dämpfungskörpern,
2 einen Teilschnitt einer Wälzlageranordnung in einem zweiten Ausführungsbeispiel mit einem erfindungsgemäßen Dämpfungskörper,
3 einen Teilschnitt einer Wälzlageranordnung in einem dritten Ausführungsbeispiel mit einem erfindungsgemäßen Dämpfungskörper.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In 1 ist in einem Teilschnitt eine als Vierpunktlager ausgeführte Wälzlageranordnung dargestellt. Die Wälzkörper laufen zwischen dem äußeren und dem inneren Lagerring 1, 2 an Laufbahnen um. Am inneren und am äußeren Lagerring 1, 2 ist jeweils ein in Epoxidharzschaum ausgeführter Dämpfungskörper 3, 4 durch Werkstoffverbund integriert. Hierbei ist jeweils ein Dämpfungskörper 3, 4 zwischen zwei in Stahl ausgeführten Ringbereichen des Lagerrings 1, 2 als Zwischenringbereich in den Lagerringkörper am äußeren Lagerring 1 und am inneren Lagerring 2 eingebracht. Die Dämpfungskörper 3, 4 verbinden dabei jeweils den dem Lagerinnenraum radial zugewandten Laufringbereich, der die Laufbahnen für die umlaufenden Wälzkörper bildet, und den dem Lagerinnenraum radial abgewandten am äußeren Lagerring 1 radial außenliegenden und am inneren Lagerring radial innen liegenden freien Ringbereich und stehen jeweils mit diesen Ringbereichen in Werkstoffverbund. Hierzu ist der Dämpfungskörper 3 am äußeren Lagerring 1 an der radial inneren Umfangsseite des freien Ringbereichs und an der radial äußeren Umfangsseite des Laufringbereichs und entsprechend der Dämpfungskörper 4 am inneren Lagerring 2 an der radial äußeren Umfangsseite des freien Ringbereichs und an der radial inneren Umfangsseite des Laufringbereichs angeschäumt und/oder angegossen und/oder angespritzt. Zur Befestigung der Wälzlageranordnung an zumindest einem im Kraftfluss nachfolgenden Bauteil ist jeweils am freien Ringbereich des äußeren und des inneren Lagerrings 1, 2 eine oder mehrere über den Umfang verteilte axiale Durchgangsbohrungen als Aufnahmen 6 für Befestigungsmittel, beispielsweise Schrauben für eine axiale Schraubenverbindung, vorgesehen. Hierbei kann die Wälzlageranordnung insbesondere als anflanschbares Lager wie z. B. Rundtischlager oder Drehverbindung ausgestaltet sein.
2 und 3 zeigen weitere Teilschnitte einer erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung in einem zweiten und einem dritten Ausführungsbeispiel. Bei diesen Ausführungsformen bildet jeweils ein in Epoxidharzschaum ausgeführter Dämpfungskörper 5 den radial außenliegenden freien Ringbereich am äußeren Lagerring 1, während der innere Lagerring 2 vollkommen in Stahl ausgeführt ist. Hierzu ist der Dämpfungskörper 5 an der radial äußeren Umfangsseite des in Stahl ausgeführten Laufringbereichs angeschäumt und/oder angegossen und/oder angespritzt und bildet mit diesem einen Werkstoffverbund. Dadurch besteht der äußere Laufring 1 aus einem radial äußeren Dämpfungsringbereich und einem radial inneren Laufringbereich. Der Dämpfungsringbereich ist als Befestigungsflansch ausgebildet und weist mehrere über den Umfang verteilte axiale Aufnahmen 6, 7 für eine Schraubenverbindung auf. In 2 ist ein als Kreuzrollenlager ausgeführte Wälzlageranordnung mit einem Dämpfungskörper 5 dargestellt, der als axiale Sacklöcher ausgebildete Aufnahmen 7 für jeweils einen Gewindeeinsatz 8 aufweist. 3 zeigt eine Vierpunktlagerung mit einem Dämpfungskörper 5, bei dem eine oder mehrere über den Umfang verteilte als axiale Durchgangsbohrung ausgebildete Aufnahmen 6 vorgesehen sind.
Bezugszeichenliste

1: Lagerring
2: Lagerring
3: Dämpfungskörper
4: Dämpfungskörper
5: Dämpfungskörper
6: Aufnahme
7: Aufnahme
8: Gewindeeinsatz

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10331150 B4 [0002]
- DE 102007023244 A1 [0003]

Claims

Wälzlageranordnung mit zumindest einem äußeren Lagerring (1) und zumindest einem inneren Lagerring (2) sowie zwischen denselben in Laufbahnen geführten Wälzkörpern, wobei zur mechanischen Schwingungsdämpfung zumindest ein Dämpfungskörper (3, 4, 5) vorgesehen ist, welcher die Schwingungsübertragung auf zumindest ein im Kraftfluss nachfolgendes Bauteil reduziert, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Dämpfungskörper (3, 4, 5) mit zumindest einem Lagerring (1, 2) in Werkstoffverbund steht.
Wälzlageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungskörper (3, 4, 5) in gießbarem oder spritzbarem oder aufschäumbarem schwingungsdämpfendem Material, innbesondere in Epoxidharzschaum, ausgeführt ist.
Wälzlageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungskörper (3, 4, 5) zumindest einen im Wesentlichen ringförmigen Dämpfungsbereich des Lagerrings (1, 2) bildet und ringförmig umlaufend in Werkstoffverbund mit diesem steht.
Wälzlageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungskörper (3, 4) zumindest einen Zwischenringbereich des Lagerrings (1, 2) bildet, wobei der Dämpfungskörper (3, 4) an seinen beiden voneinander abgewandten radialen Umfangsseiten jeweils mit dem Lagerring (1, 2) in Werkstoffverbund steht.
Wälzlageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl am äußeren Lagerring (1) als auch am inneren Lagerring (2) jeweils ein Dämpfungskörper (3, 4) vorgesehen ist, welcher jeweils einen Zwischenringbereich des Lagerrings (1, 2) bildet.
Wälzlageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungskörper (5) einen freien Ringbereich des Lagerrings (1, 2) bildet und an seiner dem Lagerinnenraum radial zugewandten Umfangsseite mit dem Lagerring (1, 2) in Werkstoffverbund steht.
Wälzlageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungskörper (5) den freien Ringbereich des äußeren Lagerrings (1) bildet.
Wälzlageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungskörper (5) am freien Ringbereich zumindest eine Aufnahme (6, 7) für Befestigungsmittel zur Verbindung mit zumindest einem im Kraftfluss nachfolgenden Bauteil aufweist.
Wälzlageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (6, 7) als axiale Durchgangsbohrung oder als Sackloch ausgeführt ist.
Wälzlageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungskörper (5) einen Befestigungsflansch des Lagerrings (1, 2) zur Verbindung mit zumindest einem im Kraftfluss nachfolgenden Bauteil bildet.
Verfahren zur Herstellung einer Wälzlageranordnung mit zumindest einem äußeren Lagerring (1) und zumindest einem inneren Lagerring (2) sowie zwischen denselben in Laufbahnen geführten Wälzkörpern, wobei zur mechanischen Schwingungsdämpfung zumindest ein Dämpfungskörper (3, 4, 5) vorgesehen ist, welcher die Schwingungsübertragung auf zumindest ein im Kraftfluss nachfolgendes Bauteil reduziert, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung eines Werkstoffverbunds zumindest ein Dämpfungskörper (3, 4, 5) aus Kunststoff-Hartschaum, insbesondere Epoxidharzschaum, an zumindest einem Lagerring (1, 2) aufgeschäumt und/oder angegossen und/oder angespritzt wird.