DE102009056612A1

DE102009056612A1 - Wälzlager für Komponenten von Zugmitteltrieben in öliger Umgebung (BIO)

Info

Publication number: DE102009056612A1
Application number: DE102009056612A
Authority: DE
Inventors: Rainer Pflug
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-12-02
Filing date: 2009-12-02
Publication date: 2011-06-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager (7), das in Komponenten wie einem Riemenrad, einem Kettenrad, einer Umlenkrolle oder einem mechanischen Spannsystem (1) eines Zugmitteltriebs eingesetzt ist, wobei das Zugmittel in einer ölhaltigen Umgebung umläuft. Das dichtungsfreie Wälzlager (7) umfasst in einem Käfig (15) geführte Wälzkörper (14), wobei der Käfig (15) über einen Käfigrücken (16) an einem Umgebungsbauteil des Wälzlagers (7) oder einer Komponente des Zugmitteltriebs axial geführt ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein dichtungsfreies Wälzlager, das in Komponenten von Zugmitteltrieben wie, Riemenrad, Kettenrad, mechanischem Spannsystem oder Umlenkrolle eingesetzt werden kann. Die Wälzkörper des Wälzlagers sind in einem Käfig geführt, wobei das Zugmittel des Zugmitteltriebs in einer ölhaltigen Umgebung umläuft.
Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Zugmitteltriebe von Brennkraftmaschinen. Dabei wird zwischen einem Aggregatetrieb zum Antrieb von Aggregaten wie zum Beispiel Klimakompressor, Wasserpumpe oder Generator und einem Steuertrieb zum Antrieb von Nockenwellen der Brennkraftmaschine unterschieden. Als Zugmittel für derartige Zugmitteltriebe ist eine Kette oder ein Riemen vorgesehen, wobei der Steuertrieb zur Darstellung eines Synchrontriebs einen Zahnriemen oder eine Kette erfordert. Das Zugmittel verbindet Riemenräder oder Kettenräder einzelner Aggregate oder anzutreibender Einrichtungen des Zugmitteltriebs. Weiterhin umschließt das Zugmittel Riemen- oder Kettenräder, die einem Spannsystem zur Erreichung einer stets ausreichenden Vorspannung des Zugmittels sowie Umlenkrollen zur Darstellung eines definierten Zugmittellayouts zugeordnet sind.
Zur Erzielung einer ausreichenden Vorspannung werden bevorzugt nach einem Exzenterprinzip wirkende Spannsysteme eingesetzt. Heute eingesetzte Exzenter-Spannsysteme bestehen im wesentlichen aus einer Grundplatte, an der ein Exzenter schwenkbar angeordnet ist. Eine zur Aufbringung einer Spannkraft erforderlich Torsionsfeder wirkt dabei zwischen dem Exzenter und der Grundplatte, indem sie zwischen diesen Bauteilen endseitig verankert ist. Die Exzenter wird von einer Laufrolle umschlossen, die über ein Wälzlager drehbar angeordnet ist.
Aus der DE 40 33 777 A1 ist ein Doppelexzenter-Spannsystem bekannt, das einen Einstellexzenter mit einer außermittigen, zur Aufnahme einer Befestigungsschraube bestimmten Längsbohrung umfasst. Im Einbauzustand ist der Einstellexzenter über eine Grundplatte an einem Maschinenteil, beispielsweise einem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine abgestützt und über die Befestigungsschraube lösbar fixiert. Ein den Einstellexzenter umschließender Betriebs- oder Arbeitsexzenter ist über ein Gleitlager drehbar angeordnet. Auf dem Arbeitsexzenter ist ein beidseitig der Wälzkörper abgedichtetes Wälzlager positioniert, dessen Außenring mit zugehörigem Laufmantel im Betriebszustand mittelbar oder unmittelbar mit einem Zugmittel des Zugmitteltriebs zusammenwirkt. Zur Erzielung einer kraftschlüssigen Anlage des Laufmantels bzw. des Pulleys an dem Zugmittel ist zwischen der Grundplatte und dem Betriebsexzenter eine Torsionsfeder eingesetzt, die den Betriebsexzenter und damit Pulley in permanent in eine das Zugmittel vorspannende Position beaufschlagt.
Es ist bekannt, auch einen als Riementrieb konzipierten Zugmitteltrieb in einer ölhaltigen Umgebung einzusetzen. Ein derartiger Riementrieb ermöglicht die Verwendung von dichtungsfreien Wälzlagern in den einzelnen Komponenten des Zugmitteltriebs. Durch den Wegfall der üblicherweise innerhalb des Wälzlagers integrierten Dichtungen entfällt die zusätzliche, eine axiale Führung des Wälzkörperkäfigs ausübende Funktion der Dichtung. Beispielsweise betrifft die DE 10 2007 061 020 A1 eine Wälzlagerung für Spannrollen von Riementrieben, bei der das Zugmittel in einem gekapselten, ölhaltigen Einbauraum umläuft. Als Wälzlager wird dabei ein Zylinderrollenlager oder ein Nadellager eingesetzt, das im Einbauzustand jeweils seitlich an einer Anlaufscheibe geführt ist. Die Führung der Wälzkörper erfolgt über beidseitig radial nach innen gerichtete Borde des äußeren Wälzlagerrings. Zur Erzielung einer ausreichenden Schmierstoffversorgung des Wälzlagers sind in den Anlaufscheiben Öffnungen eingebracht.
Zusammenfassung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Aufgabe besteht darin, für dichtungsfreie Wälzlager in Komponenten von Zugmitteltrieben eine definierte Lage des Wälzkörperkäfigs zu gewährleisten.
Diese Aufgabe erfüllt erfindungsgemäß ein Wälzlagereinbau, bei dem der Käfig des Wälzlagers mit einem Käfigrücken an einem Umgebungsbauteil des Wälzlagers oder einer Komponente des Zugmitteltriebs axial geführt ist. Das erfindungsgemäße Konzept ist bevorzugt auf Wälzlager übertragbar, die als einreihige oder mehrreihige Kugellager oder Rillenkugellager aufgebaut sind, wobei der einseitig offene, beispielsweise U-förmig ausgebildete Taschen bildende Wälzlagerkäfig über den Käfigrücken an einem Umgebungsbauteil axial abgestützt ist. Gleichzeitig wird durch die Erfindung ein zu einem Funktionsausfall des Wälzlagers führender Käfigverlust verhindert, der als Folgewirkung einen Totalschaden des Bauteils oder der Maschine auslösen kann, in dem das Wälzlager eingebaut ist.
Bei dichtungsfreien Wälzlager entfällt die bisher genutzte Schutzfunktion der Dichtung, die einerseits einen Schutz gegen unbeabsichtigtes Ausdrücken des Käfigs aufgrund einer äußeren Krafteinwirkung und zum anderen ein Schutz des Käfigs gegen Herausfallen bei einer Fehlmontage des Käfigs oder anderer Bauteile beinhaltet. Vorteilhaft kompensiert das Konzept des erfindungsgemäßen Wälzlagerkäfigs die bisher von der Dichtung zusätzlich ausgeübte Schutzfunktion der Käfigführung. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass diese eine definierte, sich positiv auf die Schmierstoffzuflüsse und damit die Lebensdauer des Wälzlagers auswirkende Führung des Käfigs sicherstellt. Die Führung des Käfigs gemäß der Erfindung ermöglicht eine beliebig wechselnde Einbaulage des Wälzlager-Käfigs. Damit ist beispielsweise ein Zusammenwirken des Käfigrückens mit einer profilierten, kleine Nocken aufweisenden korrespondierenden Kontaktfläche an dem Umgebungsbauteil des Wälzlagers realisierbar. Diese Maßnahme bewirkt im Betriebszustand des Wälzlagers eine oszillierende, die Schmierstoffversorgung der Wälzkörperlaufbahnen positiv beeinflussende Axialbewegung, was sich vorteilhaft auf die Reibungsverhältnisse, die Wärmeentwicklung und damit die Lebensdauer des Wälzlagers auswirkt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 8.
Bevorzugt eignet sich die erfindungsgemäße Wälzlagerung für ein nach einem Exzenter-Prinzip aufgebautes mechanisches Spannsystem für Zugmitteltriebe. Das Spannsystem umfasst ein mit einer Grundplatte in Verbindung stehendes Tragelement, dessen Längsbohrung zur Aufnahme einer Schraube bestimmt ist, mit der das Spannsystem lösbar an einem ortsfesten Maschinenteil befestigt werden kann. Das Tragelement wird von einem drehbar gelagerten Exzenter umschlossen, auf dem ein dichtungsfreies Wälzlager mit zugehörigem Laufmantel, Laufscheibe oder Pulley positioniert ist, der mit einem Zugmittel in Wirkverbindung steht. Zur Aufbringung einer Spreiz- und Torsionskraft ist zwischen dem Tragelement oder der Grundplatte und dem Exzenter eine Torsionsfeder eingesetzt. In dem mechanischen Spannsystem ist das dichtungsfreie Wälzlager so integriert, dass der Wälzkörperkäfig an dem Exzenter geführt ist. Vorteilhaft eignet sich dazu eine radiale Wandung des Exzenters. Die erfindungsgemäße Einbaulage des dichtungsfreien Wälzlagers kann vorteilhaft auch auf mechanische Doppelexzenter-Spannsysteme übertragen werden. Abweichend zu dem Einfachexzenter-Spannsystem ist dabei das Tragelement als ein Einstellexzenter ausgebildet, wodurch eine größere Exzentrizität und damit ein vergrößerter Verstellbereich des Spannsystems realisiert werden kann.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass dieses Konzept auch auf dichtungsfreie Wälzlager für Riemenräder, Kettenräder, Umlenkrollen oder Spannrollen von Zugmitteltrieben übertragbar ist. Diese Bauteile werden üblicherweise in Verbindung mit einer Distanzhülse oder einer Anlaufscheibe an einem ortsfesten Maschinenteil befestigt. Für eine derartige Einbausituation ist der Wälzlagerkäfig mit dem Wälzkörperrücken an der Distanzhülse abgestützt bzw. axial geführt.
Gemäß einer die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass der Wälzlagerkäfig zumindest bereichsweise als Flügel ausgebildete Abschnitte umfasst. Die vorteilhaft an dem Käfigrücken oder an den Stegen im Bereich der Wälzkörpertaschen angeordneten Flügel erzeugen eine gewünschte verstärkte Strömung des ölhaltigen Nebels aus dem Einbauraum des Zugmitteltriebs durch das Wälzlager und bewirken damit eine optimale Schmierung der Wälzkörper. Die Wirkung der Flügel verstärkend sind diese mit einem Schrägungswinkel angeordnet, wobei dieser abhängig von der Drehrichtung des Wälzlagers negativ oder positiv geneigt ausgerichtet ist.
Alternativ oder ergänzend zu den als Flügel ausgebildeten Abschnitten bildet der Wälzkörperkäfig vorteilhaft zumindest im Bereich des Käfigrückens insbesondere axiale Ausnehmungen, die einen Durchtritt des Schmierstoffs durch das Wälzlager optimieren.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung zur Darstellung einer verbesserten Führung des Wälzlagerkäfigs sieht vor, dass dieser im Bereich des Käfigrückens partiell verlängert ist oder umfangsverteilt axial vorstehende Nocken bildet. Damit wird einerseits ein axiales Wandern des Käfigs im Betriebszustand begrenzt und andererseits eine großflächige reibungserhöhende Abstützung des Käfigs an dem Umgebungsbauteil beziehungsweise der Umgebungskonstruktion vorteilhaft unterbunden.
Vorteilhaft kann aufgrund der erfindungsgemäßen Maßnahme eine Anfangsbefettung oder Schmierung des Wälzlagers vor einer Inbetriebnahme entfallen. Aufgrund der damit verbundenen vereinfachten Herstellung und Montage stellt sich ein Kostenvorteil ein.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind nachstehend in der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung beschrieben.
Es zeigen:
1 ein mechanisches Exzenter-Spannsystem für einen Zugmitteltrieb im Längsschnitt mit einer erfindungsgemäßen Wälzlagerung;
2 eine Spannrolle im Längsschnitt für einen Zugmitteltrieb, die eine erfindungsgemäße Wälzlagerung umfasst.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Die 1 zeigt ein mechanisches Spannsystem 1 für einen in einer ölhaltigen Umgebung, insbesondere in einem geschlossenen Einbauraum eingesetzten Zugmitteltrieb. Der Aufbau des Spannsystems 1 umfasst ein eine Längsbohrung 2 aufweisendes Tragelement 3, das endseitig über eine Grundplatte 4 an einem in 1 nicht abgebildeten Maschinenteil, beispielsweise dem Gehäuse einer Brennkraftmaschine abgestützt ist. Das Tragelement 3 wird von einem Exzenter 5 bereichsweise umschlossen, der über ein Gleitlager 6 drehbar gelagert ist. Auf dem Exzenter 5 ist ein dichtungsfreies Wälzlager 7 positioniert, wobei ein innerer Lagerring 8 auf einer Mantelfläche 9 des Exzenters 5 aufgepresst und an einer eine Schulter bildenden radialen Wandung 10 des Exzenters 5 anliegt. Ein äußerer Lagerring 11 wird von einem Laufmantel 12 umschlossen, der im Betriebszustand des Spannsystems 1 mit einem nicht abgebildeten Zugmittel eines Zugmitteltriebs in einer Wirkverbindung steht. Ein Drehen des Exzenters 5 bewirkt eine exzentrische Verlagerung des Laufmantels 12, wodurch eine Vorspannkraft des Zugmittels beeinflussbar ist. Im Betriebszustand des Spannsystems 1 wird die Vorspannkraft durch eine Torsionsfeder 12 aufgebracht, die zwischen der Grundplatte 4 und dem Exzenter 5 eingesetzt ist. Die ölhaltige Umgebung in dem Einbauraum für das Spannsystem 1 ist ausreichend für eine dauerhafte Schmierung des Wälzlagers 7, das folglich weder einen für die Wälzkörper 14 geschlossenen Einbauraum noch eine Befettung erfordert. Die Wälzkörper 14 sind in Käfigtaschen eines Käfigs 15 eingesetzt und geführt. Ein axiales Wandern des Käfigs 15 im Betriebszustand des Spannsystems 1 wird durch eine Führung eines Käfigrückens 16 an der radialen Wandung 10 des Exzenters 5 verhindert. Als Maßnahme um das Wandern bzw. eine Stellbewegung des Käfigs 15 im Betriebszustand zu begrenzen, umfasst der Käfigrücken 16 lokal axial vorstehende Nocken 17, über die der Käfig 15 an der radialen Wandung 10 geführt ist. Versetzt zu den Nocken 17 und/oder auf der vom Käfigrücken 16 gegenüberliegenden offenen Seite bildet der Käfig 15 an den zwischen den Wälzkörpern 14 verlaufenden Stegen axial vorstehende, als Flügel 18 ausgebildete Abschnitte. Die zur Erzielung einer optimalen Schmierung des Wälzlagers 7 angeordneten Flügel 18 sind drehrichtungsabhängig negativ oder positiv geneigt ausgerichtet.
Die 2 zeigt eine Umlenkrolle 20, die für einen in einer ölhaltigen Umgebung eingesetzten Zugmitteltrieb bestimmt ist. Die Umlenkrolle 20 ermöglicht eine Zugmittelumlenkung, um beispielsweise ein definiertes Zugmittellayout zu realisieren. Der Aufbau der Umlenkrolle 20 umfasst ein dichtungsfreies Wälzlager 19, das eine Traghülse 21 mit zentraler Längsbohrung 22 zur Aufnahme einer Verschraubung 23 umfasst. Die Traghülse 21 wird von einem inneren Lagerring 32 umschlossen. Auf dem äußeren Lagerring 24 des Wälzlagers 19 ist ein Laufmantel 25 drehfixiert positioniert, der im Einbauzustand der Umlenkrolle 20 mit einem Zugmittel zusammenwirkt. Dem Wälzlager 19 ist einseitig eine Distanzhülse 26 zugeordnet, die einen definierten Abstand der Umlenkrolle 20 zu einem Maschinenteil herstellt. Wälzlagerseitig bildet die Distanzhülse 26 einen umlaufenden Bord 27, der sich radial über eine Außenkontur des äußeren Lagerrings 24 erstreckt und der einen axialen Anschlag des Käfigs 28 gewährleistet, in dem Wälzkörper 29 geführt sind. Der einseitig offene Käfig 28 des Wälzlagers 19 ist dazu mit dem Käfigrücken 30 unter Einhaltung eines axialen Einbauspiels bis an den Bord 27 der Distanzhülse 26 geführt. Die Verschraubung 23 ist über einen Schraubenkopf an einer Anlaufscheibe 33 abgestützt, die sich radial bis zu dem inneren Lagerring 32 erstreckt. Zur optimalen Durchströmung des Wälzlagers 7 mit Ölnebel bildet der Bord 27 im Wälzlagerbereich umfangsseitig einzelne Ausnehmungen 31. Weiterhin kann das Wälzlager 19 mit Maßnahmen zur optimierten Schmierstoffbeaufschlagung versehen werden entsprechend dem Wälzlager 7 gemäß 1.
Bezugszeichenliste

1: Spannsystem
2: Längsbohrung
3: Tragelement
4: Grundplatte
5: Exzenter
6: Gleitlager
7: Wälzlager
8: Lagerring
9: Mantelfläche
10: Wandung
11: Lagerring
12: Laufmantel
13: Torsionsfeder
14: Wälzkörper
15: Käfig
16: Käfigrücken
17: Nocken
18: Flügel
19: Wälzlager
20: Umlenkrolle
21: Traghülse
22: Längsbohrung
23: Verschraubung
24: Lagerring
25: Laufmantel
26: Distanzhülse
27: Bord
28: Käfig
29: Wälzkörper
30: Käfigrücken
31: Ausnehmung
32: Lagerring
33: Anlaufscheibe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4033777 A1 [0004]
DE 102007061020 A1 [0005]

Claims

Dichtungsfreies Wälzlager (14, 19), das in Komponenten wie einem Riemenrad, Kettenrad, einem mechanischen Spannsystem (1) oder einer Umlenkrolle (20) eines Zugmitteltriebs eingesetzt ist, wobei dessen Wälzkörper (7, 29) in einem Käfig (15, 28) geführt sind, der Käfigtaschen für die Wälzkörper (7, 29) bildet und der Zugmitteltrieb ein in einer ölhaltigen Umgebung umlaufendes Zugmittel umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (15, 28) des Wälzlagers (14, 19) mit einem Käfigrücken (16, 30) an einem Umgebungsbauteil des Wälzlagers (14, 19) oder einer Komponente des Zugmitteltriebs geführt ist.
Wälzlager nach Anspruch 1 für ein mechanisches Spannsystem (1) nach einem Exzenter-Prinzip, umfassend ein Tragelement (3) mit einer Längsbohrung (2) für eine Schraube, zur lösbaren Befestigung an einem ortsfesten Maschinenteil, wobei das Tragelement (3) von einem drehbar gelagerten Exzenter (5) umgeben ist und das Wälzlager (7) mit umschließenden Laufmantel (12) mit einem Zugmittel in Verbindung steht, wobei eine Torsionsfeder (13) eine Spreizkraft zwischen dem Tragelement (3) und dem Exzenter (5) bewirkt, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (15) des Wälzlagers (7) an einer Wandung (10) oder einem Gehäuse des Exzenters (5) geführt ist.
Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der ein Umgebungsbauteil bildenden Distanzhülse (26) der Umlenkrolle (20) der Käfigrücken (30) des Wälzlagers (19) geführt ist.
Wälzlager nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (15, 28) des Wälzlagers (7, 19) zumindest bereichsweise als Flügel (18) ausgebildete Abschnitte bildet.
Wälzlager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schrägungswinkel der einstückig mit dem Käfig (15, 28) des Wälzlagers (7, 19) verbundene Flügel (18) drehrichtungsabhängig negativ oder positiv geneigt ausgerichtet ist.
Wälzlager nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (15, 28) des Wälzlagers (7, 19) zumindest im Bereich des Käfigrückens (16, 30) und/oder ein Umgebungsbauteil des Wälzlagers (14, 19) oder eine Komponente des Zugmitteltriebs zumindest eine Ausnehmung (31) zur optimalen Schmierstoffbeaufschlagung aufweist.
Wälzlager nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfigrücken (16) des Wälzlagers (7) zumindest partiell axial verlängert ist oder umfangsverteilt axial vorstehende Nocken (17) bildet, die im Einbauzustand an der Wandung (10) abgestützt sind.
Wälzlager nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass vor einer Inbetriebnahme des Wälzlagers (7, 19) keine Anfangsbefettung oder Anfangsschmierung erfolgt.