DE102009055660A1

DE102009055660A1 - Wälzlagerkäfig mit Schmiermitteltaschen

Info

Publication number: DE102009055660A1
Application number: DE102009055660A
Authority: DE
Inventors: Marc-Andre SCHÄFER
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-11-24
Filing date: 2009-11-24
Publication date: 2011-05-26
Also published as: BRPI1010447A2

Abstract

Zusammenfassend betrifft die Erfindung einen Wälzlagerkäfig zur Führung von lasttragenden Wälzkörpern innerhalb eines Wälzlagers, insbesondere Radlagers, mit zwei koaxial zueinander angeordneten und mittels Stegen verbundenen Ringen, wobei jeweils in Umfangsrichtung benachbarte Stege und die Ringe eine Wälzkörpertasche bilden. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass Schmiermittel, welches in so genannten Schmiermittelreservoirs der Wälzlager vorgehalten wird, nicht zum richtigen Zeitpunkt, zeitlich begrenzt oder überhaupt nicht zum Wälzkontakt gelangt. Es soll erreicht werden, dass das Schmiermittel in optimaler Weise am Wälzkontakt gehalten beziehungsweise zu diesem befördert wird. Dies soll dadurch erreicht werden, indem einer oder mehrere der Stege eine Schmiermitteltasche ausbilden, die eine Abrollfläche eines ersten Wälzkörpers zumindest teilweise in Abrollrichtung des ersten Wälzkörpers umfassen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Wälzlagerkäfig zur Führung von lasttragenden Wälzkörpern innerhalb eines Wälzlagers, mit zwei koaxial zueinander angeordneten und mittels Stegen verbundenen Ringen, wobei jeweils in Umfangsrichtung des Käfigs benachbarte Stege zusammen mit den Ringen eine Wälzkörpertasche bilden. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Wälzlager, insbesondere Radlager, mit einem derartigen Wälzlagerkäfig
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Wälzlagerkäfige werden in Wälzlagern eingesetzt, die meist hohe Drehzahlen aushalten müssen. Die Aufgabe des Wälzlagerkäfig besteht darin die Wälzkörper voneinander zu beabstanden und die Reibung zwischen diesen, aber auch Reibung zwischen den Wälzkörpern und etwaigen Borden gering zu halten.
Damit findet der Wälzlagerkäfig einen gleichermaßen vielfältigen Einsatz wie auch das Wälzlager per se. Auf vielen technischen Gebieten, wie zum Beispiel auch bei Kraftfahrzeugen, wird versucht die Lebensdauer der verschiedenen Wälzlager, beispielsweise Radlager, Federbeinlager, Ausrücklager oder anderen Wälzlagern des Kraftfahrzeuges, auf die durchschnittliche Lebensdauer des Kraftfahrzeuges anzuheben. Damit werden unnötige Reparaturen während der Lebensdauer des Endproduktes vermieden. Zumindest wird angestrebt die Intervalle einer regelmäßigen Inspektion zum Vorteil des Endverbrauchers zu vergrößern.
Stand der Technik
Hintergrund der Erfindung
In der Vergangenheit wurde der Wälzlagerkäfig nicht nur zur Führung und Beabstandung von Wälzkörpern eingesetzt, sondern erhielt ebenfalls die Funktion eines Schmiermittelreservoirs, womit es möglich war verbrauchtes Schmiermittel durch unverbrauchtes Schmiermittel des Reservoirs zu ersetzen.
Aus EP 1 965 088 A2 ist ein Wälzlagerkäfig für ein Kegelrollenlager bekannt, wobei der Käfig Umverteilungsfunktionen für das Schmiermittel wahrnimmt, indem einen Pumpeffekt ausgenutzt wird, der durch die zentrifugale Kraft während des Wälzlager Betriebes entsteht und dazu verwendet wird das Schmiermittel durch einen im Wesentlichen axial orientierten Kanal des Käfigs zu leiten.
Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die zentrifugalen Kräfte nur sehr einseitig zur Umverteilung des Schmierstoffes herangezogen werden können, weil diese Kraft stets in die gleiche Richtung gerichtet ist und somit Räume verbleiben, die ein besonders hohes Schmiermittelaufkommen aufweisen, im Gegensatz zu anderen Räumen, die nicht ausreichend Schmiermittel halten können.
Leider führt dies dazu, dass am Wälzkontakt selbst nicht genügend geschmiert wird. Aufgabenstellung
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Wälzlagerkäfig anzugeben, der eine gleichmäßigere Umverteilung des Schmierstoffes gewährleistet, ohne eine andere Funktion des Wälzlagerkäfigs zu vernachlässigen.
Die Aufgabe wird durch einen Wälzlagerkäfig der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass wenigstens einer der Stege eine Schmiermitteltasche bildet, die zur teilweisen Umfassung einer Abrollfläche eines ersten Wälzkörpers der lasttragenden Wälzkörper in Abrollrichtung vorgesehen ist.
Der Wälzlagerkäfig ist, wie bereits bekannten Wälzlagerkäfigen des Stand der Technik, zur Führung von lasttragenden Wälzkörpern innerhalb eines Wälzlagers vorgesehen. Zwei Ringe, die koaxial zueinander angeordnet sind, geben dem Wälzlagerkäfig Stabilität, die eine optimale Führung der lasttragenden Wälzkörper während des Betriebs gewährleistet. Die Ringe sind mittels Stegen miteinander verbunden. Dabei bildenden jeweils in Umfangsrichtung benachbarte Stege zusammen mit den Ringen eine Wälzkörpertasche, die wiederum zur Aufnahme eines Wälzkörpers vorgesehen ist.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass einer der Stege eine Schmiermitteltasche bildet, die zur teilweisen Umfassung einer Abrollfläche eines ersten Wälzkörpers der Last tragenden Wälzkörper in Abrollrichtung desselben vorgesehen ist. Während des Wälzbetriebes wird das Schmiermittel zumindest teilweise senkrecht zur Abrollrichtung befördert, d. h. im wesentlichen in axialer Richtung vom ersten zum zweiten Ring des Wälzlagerkäfigs. Die Schmiermitteltasche ist zu dieser Beförderungsrichtung jedoch im wesentlichen senkrecht ausgerichtet, so dass durch die Förderung Schmiermittel in der Schmiermitteltasche hängen bleiben kann. Die Schmiermitteltasche fungiert also einerseits alles Schmiermittelreservoir und andererseits dient sie der Förderung des Schmiermittels in Abrollrichtung entlang der Abrollfläche des Wälzkörpers. Unter Abrollfläche wird die Außenfläche des Wälzkörpers verstanden, die mit einer Innenlaufbahn und einer Außenlaufbahn einen ersten Wälzkontakt, beziehungsweise einen zweiten Wälzkontakt, zu bilden in der Lage ist. Durch den beschriebenen Fördereffekt füllt sich die Schmiermitteltasche lokal mit Schmiermittel, wie z. B. Fett oder Öl, wobei durch die Ausrichtung der Schmiermitteltasche die Förderrichtung und aufgrund des Volumens des sich ansammelnden Schmiermittels in Umfangsrichtung (in Bezug auf den Wälzkörper) umverteilt wird. Daran ist vorteilhaft, dass einerseits Schmiermittel sehr nahe am Wälzkontakt gespeichert und auch zu diesem hin befördert werden kann.
Vorteilhafterweise kann die Schmiermitteltasche sich vom ersten Wälzkontakt bis zum zweiten Wälzkontakt eines Wälzkörpers erstrecken. Ausreichend ist jedoch auch, wenn die Schmiermitteltasche sich lediglich in Richtung vom ersten zum zweiten Wälzkontakt erstreckt.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Schmiermitteltasche zur teilweisen Umfassung einer zweiten Abrollfläche eines zum ersten Wälzkörper benachbarten zweiten Wälzkörpers vorgesehen. Dadurch ist es möglich nicht nur im Umfeld des ersten Wälzkörpers umzuverteilen, sondern auch die Umverteilung auf benachbarte Wälzkörper zu erstrecken. Dabei wird jedoch auch angestrebt die Förderwirkung der Abrollfläche dahingehend auszunutzen, dass die Adhäsionskraft auf dem Wälzkörper zu einer Umverteilung in Umfangsrichtung (bezogen auf den Wälzkörper) verwendet wird, wobei die Förderwirkung auch dann eintritt, wenn die Schmiermitteltasche einen Verbindungskanal zwischen dem ersten und zweiten Wälzkörper bildet. Die Förderwirkung innerhalb des Kanals entsteht durch das Nachrücken des durch die Wälzkörper geförderten Schmiermittels.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform verläuft die Schmiermitteltasche von dem ersten Wälzkontakt des ersten Wälzkörpers zu einem zweiten Wälzkontakt des ersten und/oder zweiten Wälzkörpers. Es können also Wälzkontakte unterschiedlicher Wälzkörper miteinander im Sinne einer Schmiermittelförderwirkung verbunden werden, genauso wie die beiden Wälzkontakte ein und desselben Wälzkörpers miteinander verbunden werden können. Allerdings ist es auch möglich, dass die Schmiermitteltasche drei und maximal sogar vier Wälzkontakte zweier benachbarter Wälzkörper miteinander verbindet. In diesen Fällen wird die Schmiermitteltasche auch von den Abrollflächen beider Wälzkörper begrenzt.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform wird die Schmiermitteltasche von zwei sich gegenüberliegenden Trennwänden und den Abrollflächen der benachbarten Wälzkörper gebildet. Damit ist es möglich den Raum einer Schmiermitteltasche zum Vorteil eines großen Schmiermittelaufnahmevermögens zu erweitern, wobei die beiden Abrollflächen zu einer kreisförmigen Umverteilung des Schmiermittels innerhalb der Schmiermitteltasche führen. Der eine Wälzkörpers sorgt für einen Abtrieb, wohingegen der andere Wälzkörper für einen Auftrieb sorgt und somit eine Zirkulation des Schmiermittels innerhalb der Schmiermitteltasche etabliert. Damit ist sichergestellt, dass ein kontinuierlicher Schmiermittelfluss an mindestens 3, aber auch 4 Wälzkontakten aufrechterhalten wird. Da die Trennwände sich gegenüberstehen, insbesondere axial gegenüberstehen, wird diese Zirkulation optimal unterstützt.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform schmiegen sich die Trennwände an den oder an die benachbarten Wälzkörper an, d. h. der Abstand der Trennwände zu der oder den Abrollflächen wird so gering wie möglich gehalten. Die Trennwände verhindern den nicht gewollten Fördereffekt, der im wesentlichen in axialer Richtung stattfindet und letztlich das Schmiermittel von den Wälzkontakten entfernt. Nun ist es möglich, dass das Schmiermittel an einer Trennwand derartig abgestreift wird, dass diese Schmiermittel in das Innere der zugehörigen Schmiermitteltasche gelangen kann und damit auch zu einem Wälzkontakt umverteilt werden kann.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Trennwände zu Anschmiegung an kugelförmige, kegelrollenförmige oder in ähnlicher Weise geformte Wälzkörper vorgesehen. Aufgrund ihrer geringen axialen Ausdehnung werden Trennwände in der Nähe der Abrollfläche im Wesentlichen eine Form eines Ringsegmentes aufweisen, wobei die Ringsegmente unterschiedlicher Trennwände gegebenenfalls unterschiedliche Kreisradien aufweisen, wenn es sich bei den Wälzkörpern um Kegelrollen oder Kugeln handeln sollte. Bei Zylinderrollen bleiben die genannten Radien von Trennwand zu Trennwandkonstant. Grundsätzlich ist es also möglich mittels einer Radienanpassung auch unterschiedliche Wälzkörperformen, die in ähnlicher Weise wie die genannten Wälzkörper geformt sind, einzusetzen.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen und bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind der Figurenbeschreibung und/oder den Unteransprüchen zu entnehmen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert.
Es zeigen:
1 einen Ausschnitt eines Kegelrollenlagerkäfigs,
2 einen Ausschnitt eines hypothetischen Käfigs zu Demonstration unterschiedlich geformter Schmiermitteltasche,
3 einen Ausschnitt eines Kegelrollenlagerkäfigs mit treppenartig angeordneten Schmiermitteltaschen,
4 eine Schnittdarstellung eines Kegelrollenlagers senkrecht zur Rotationsachse,
5 eine Schnittdarstellung des Kegelrollenlagerkäfigs aus 4 mit Wälzkörper,
6 eine perspektivische Darstellung eines Kegelrollenlagerkäfigs mit Trennwänden.
Ausführungsbeispiele
Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt einen Ausschnitt eines Kegelrollenlagerkäfigs, mit einem kleinen Ring und einem großen Ring 12, die koaxial zueinander angeordnet und mit Stegen 11 miteinander verbunden sind. Zwischen den Stegen 11 werden zusammen mit den Ringen Wälzkörpertaschen 14 für Kegelrollen (nicht abgebildet) ausgebildet.
Die Stege 11 bilden 3 Schmiermitteltaschen 13 aus, die das in axialer Richtung transportierte Schmiermittel, wie z. B. Öl oder Fett, auffangen, sich entlang der Abrollfläche in umfänglicher Richtung erstrecken und eine Förderwirkung in dieser Richtung zwischen den Wälzkontakten etablieren.
2 zeigt einen Ausschnitt eines hypothetischen Käfigs 20 zur Demonstration unterschiedlich geformter Schmiermitteltaschen 23, 24 und 25.
Die Schmiermitteltaschen 23, 24 und 25, die jeweils an unterschiedlichen Stegen ausgeformt sind, werden aus Gründen der Demonstration am gleichen Kegelrollenlagerkäfig mit den Ringen 22 veranschaulicht. Die Schmiermitteltaschen im allgemeinen können unterschiedliche Formen in radialer Richtung, bezogen auf die Rotationsachse R der Kegelrollen, aufweisen, um unterschiedlichen Förderverhältnissen unterschiedliche Lagertypen gerecht zu werden. Außerdem ist es möglich dadurch unterschiedliche Volumina für die Schmiermitteltaschen zur Speicherung des Schmiermittels zu erzielen.
Vorteilhafterweise enthalten die Stege 24 und 25 Schmiermitteltaschen für benachbarte Wälzkörper, die in die Wälzkörpertaschen 26 eingelegt werden können.
3 zeigt einen Ausschnitt eines Kegelrollenlagerkäfigs mit treppenartig angeordneten Schmiermitteltaschen 33.
Aufgrund der treppenartigen Anordnung kann in besonderer Weise auf die Form der Kegelrollen oder auch anderer Wälzkörper Rücksicht genommen werden, wobei diese Treppenform dazu geeignet ist, sehr viele Begrenzungsstufen aufzuweisen, die einen sehr geringen Abstand zu Abrollfläche des Wälzkörpers aufweisen, und damit geeignet sind Schmiermittel in die Schmiermitteltaschen umzuleiten und innerhalb dieser weiterzuverteilen.
4 zeigt eine Schnittdarstellung eines Kegelrollenlagers senkrecht zur Rotationsachse des Kegelrollenlagers.
Der Wälzlagerkäfig 40 wird von den Ringen 42 gebildet, deren Stege 41 Trennwände 46 ausbilden, wobei die Trennwände 46 sich an benachbarte Wälzkörper 49 anschmiegen. Dabei verbinden die Schmiermitteltaschen 51 den ersten Wälzkontakt 45 am Innenring 48 mit dem zweiten, radial außen gelegenen Wälzkontakt 43 am Außenring 47. Zwischen zwei Trennwänden 46 wird durch die sich bewegenden Abrollflächen der Wälzkörper 49 eine Umverteilung des Schmiermittels innerhalb der Schmiermitteltaschen erzielt. In Kombination mit der Förderwirkung des benachbarten Wälzkörpers 49 stellt sich eine Zirkulation des Schmiermittels innerhalb einer Schmiermitteltasche ein, wobei diese Zirkulation der Drehbewegungen der Wälzkörper entgegengerichtet ist, jedoch in der gleichen Ebene (senkrecht zur Rotationsachse) liegt.
Somit werden der innere Wälzkontakt 45, der äußere Wälzkontakt 43 und auch der äußere Wälzkontakt 44 des benachbarten Wälzkörpers 49 über die Schmiermittelzirkulation miteinander verbunden. Maximal können 4 Wälzkontakte an einer Schmiermitteltasche teilhaben.
5 zeigt eine Schnittdarstellung des Kegelrollenlagerkäfigs aus 4 mit Wälzkörper. Diese Figur zeigt den Wälzlagerkäfig 40 mit dem Wälzkörper 49 anhand eines Längsschnittes entlang des Steges 41.
Die Gleitpartikel 52 werden aufgrund des Wälzgetriebes in Richtung des Endes der Wälzkörper 49 gedrückt, die einen größeren Radius aufweisen, wie man es von Kegelrollen kennt. Dabei werden die Gleitpartikel 52 von dem Trennwänden 46 aufgenommen und aufgrund der Förderwirkung der Wälzkörper 49 innerhalb der Schmiermitteltaschen 51 umverteilt.
6 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Kegelrollenlagerkäfigs mit Trennwänden 66. Die Wirkung der Trennwände 66 des Wälzlagerkäfigs 60 kann durch eine höhere Anzahl beziehungsweise durch einen geringeren Abstand der Trennwände 66 erreicht werden, weil das Schmiermittel mehrmals von den Trennwänden einer Schmiermitteltasche aufgenommen werden kann und damit länger zwischen den Wälzkörpern verbleibt.
Zur Veranschaulichung ist lediglich einer der Stege 61 mit Trennwänden 66 ausgeführt, jedoch können diese an weiteren oder allen Stegen 61 angeordnet werden und auch gegebenenfalls an einen der Ringe 62 angrenzen oder mit diesem einstückig verbunden sein. Dies ist der Stabilität des Käfigs einträglich.
Die Wälzkörpertaschen 64 geben mit einer steigenden Anzahl von Trennwänden 66 und insbesondere wegen deren anschmiegender Eigenschaft die Form des verwendbaren Wälzkörpers sehr gut wieder.
Für die Installation kann es von Vorteil sein die Trennwände 66 derart elastisch auszulegen, dass ein Einpressen der Wälzkörper durch eine kurzzeitige elastische Beanspruchung der Trennwände 66 zu bewerkstelligen ist. Die Stege müssen zwar eine gewisse Robustheit besitzen, damit sie zur Führung der Wälzkörper einsetzbar sind, jedoch gilt dies nicht für die Trennwände 66, die lediglich das Fett halten und zirkulieren lassen sollen.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung einen Wälzlagerkäfig zur Führung von lasttragenden Wälzkörpern innerhalb eines Wälzlagers, insbesondere Radlagers, mit zwei koaxial zueinander angeordneten und mittels Stegen verbundenen Ringen, wobei jeweils in Umfangsrichtung benachbarte Stege und die Ringe eine Wälzkörpertasche bilden. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass Schmiermittel, welches in so genannten Schmiermittelreservoirs der Wälzlager vorgehalten wird, nicht zum richtigen Zeitpunkt, zeitlich begrenzt oder überhaupt nicht zum Wälzkontakt gelangt. Es soll erreicht werden, dass das Schmiermittel in optimaler Weise am Wälzkontakt gehalten beziehungsweise zu diesem befördert wird. Dies soll dadurch erreicht werden, indem einer oder mehrere der Stege eine Schmiermitteltasche ausbilden, die eine Abrollfläche eines ersten Wälzkörpers zumindest teilweise in Abrollrichtung des ersten Wälzkörpers umfassen.
Bezugszeichenliste

10: Wälzlagerkäfig
11: Steg
12: Ring
13: Schmiermitteltasche
14: Wälzkörpertasche
20: Wälzlagerkäfig
22: Ring
23: Schmiermitteltasche
24: Schmiermitteltasche
25: Schmiermitteltasche
26: Wälzkörpertasche
30: Wälzlagerkäfig
31: Steg
32: Ring
33: Schmiermitteltasche
40: Wälzlagerkäfig
41: Steg
42: Ring
43: zweiter Wälzkontakt
44: zweiter Wälzkontakt
45: erster Wälzkontakt
46: Trennwand
47: Außenring
48: Innenring
49: Wälzkörper
50: Wälzlagerkäfig
51: Schmiermitteltasche
52: Dreckpartikeln
60: Wälzlagerkäfig
61: Steg
62: Ring
64: Wälzkörpertasche
66: Trennwand
R: Rotationsachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1965088 A2 [0005]

Claims

Wälzlagerkäfig (10, 20, 30, 40, 60) zur Führung von lasttragenden Wälzkörpern (49) innerhalb eines Wälzlagers, mit zwei koaxial zueinander angeordneten und mittels Stegen (11, 31, 41, 61) verbundenen Ringen (12, 22, 32, 42, 62), wobei jeweils in Umfangsrichtung benachbarte Stege (11, 31, 41, 51) und die Ringe (12, 22, 32, 42, 62) eine Wälzkörpertasche (14, 26, 64) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Stege (11, 31, 41, 51) eine Schmiermitteltasche (13, 23, 24, 25, 33, 51) bildet, die zur teilweisen Umfassung einer Abrollfläche eines ersten Wälzkörpers (49) der lasttragenden Wälzkörper (49) in Abrollrichtung vorgesehen ist.
Wälzlagerkäfig (10, 20, 30, 40, 60) nach Anspruch 1, wobei die Schmiermitteltasche (13, 23, 24, 25, 33, 51) zur teilweisen Umfassung einer zweiten Abrollfläche eines zum ersten Wälzkörper (49) benachbarten zweiten Wälzkörpers (49) vorgesehen ist.
Wälzlagerkäfig (10, 20, 30, 40, 60) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Schmiermitteltasche (13, 23, 24, 25, 33, 51) von einem ersten Wälzkontakt (45) des ersten Wälzkörpers (49) zu einem zweiten Wälzkontakt (43, 44) des ersten und/oder zweiten Wälzkörpers (49) verläuft.
Wälzlagerkäfig (10, 20, 30, 40, 60) nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Schmiermitteltasche (13, 23, 24, 25, 33, 51) von zwei sich gegenüberliegenden Trennwänden (46, 66) und Abrollflächen der benachbarten Wälzkörper (49) gebildet wird.
Wälzlagerkäfig (10, 20, 30, 40, 60) nach Anspruch 4, wobei sich die Trennwände (46, 66) an den Wälzkörper (49) oder an die benachbarten Wälzkörper (49) anschmiegen.
Wälzlagerkäfig (10, 20, 30, 40, 60) nach Anspruch 5, wobei die Trennwände zur Anschmiegung an kugelförmige, kegelrollenförmige oder in ähnlicher Weise geformte Wälzkörper (49) vorgesehen sind.
Wälzlager, insbesondere Radlager, mit einem Wälzlagerkäfig (10, 20, 30, 40, 60) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.