DE102010019953A1

DE102010019953A1 - Wälzkörper

Info

Publication number: DE102010019953A1
Application number: DE201010019953
Authority: DE
Inventors: Martin Schreiber; Tobias Vogler; Bernd Gombert
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-05-08
Filing date: 2010-05-08
Publication date: 2011-11-10

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wälzkörper, umfassend ein Korpus mit einer Mantelfläche (2) mit mindestens einer Nut (3, 4). Die Aufgabe, einen Wälzkörper anzugeben, der ein verbessertes Betriebsverhalten aufweist, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in der Nut (3, 4) eine Einlage (8, 9) aus einem elastischen Material angeordnet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Wälzkörper nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Wälzlager nach Anspruch 13.
Aus dem Stand der Technik sind Wälzkörper von im Wesentlichen zylindrischer bzw. stumpfkegeliger Gestalt bekannt, die an der äußeren Mantelfläche eine Strukturierung aufweisen, beispielsweise eine Nut oder einen umlaufenden Grat, wobei im Bereich des Grates bzw. zwischen zwei Nutabschnitten eine Kontaktfläche vorgesehen ist, in deren Bereich der Kontakt zu einer Laufbahn eines Lagerrings ausgebildet wird. Zwischen benachbarten Abschnitten des Grates bzw. entlang einer Nut kann Schmiermittel gefördert werden. In den Nuten bzw. entlang der Grate sammelt sich Schmutz, insbesondere Abrieb, an, der, sofern durch die Nut bzw. entlang des Grates Schmiermittel transportiert wird, zusätzlich noch in dem Lagerinnenraum verteilt wird.
US 2,251,555 A beschreibt einen Wälzkörper mit im Querschnitt V-förmigen bzw. sphärischen radial umlaufenden Nuten, wobei zwischen zwei benachbarten Nuten eine Kontaktfläche ausgebildet ist, deren Querschnitt kreissegmentförmig ausgebildet ist. Hierbei wird die Kontaktfläche zu der Laufbahn des Lagerrings reduziert und in den Nuten kann Schmiermittel aufgenommen werden.
US 3,281,191 A beschreibt einen Wälzkörper mit im Querschnitt sphärischen, radial umlaufenden Nuten, wobei zwischen zwei benachbarten Nuten eine im Querschnitt kreissegmentförmige Kontaktfläche ausgebildet ist.
DE 720 910 A beschreibt einen im Wesentlichen zylindrischen Wälzkörper mit einer radial umlaufenden Einschnürung, die außerhalb der Kontaktfläche zu der Laufbahn des Lagerrings angeordnet ist, wodurch eine Kantenpressung des Wälzkörpers an der Laufbahn unterdrückt wird.
DE 1 034 931 beschreibt ein Axialrollenlager mit im wesentlichen zylindrischen Rollen, die aus mehreren ihrerseits zylindrischen Teilrollen gebildet sind, wobei die jeweiligen Teilrollen abgerundete Stirnflächen aufweisen und die Teilrollen mit ihren Stirnflächen aneinander anliegen, so dass zwischen zwei benachbarten Teilrollen eine Einschnürung ausgebildet ist. Um eine Vorspannung der Rollen zu ermöglichen, ist der Laufring auf einer elastisch nachgiebigen Unterlagen, beispielsweise einem Filz oder einem schaumartigen Gummi, angeordnet.
JP 2007071355 AA (Abstract) beschreibt eine Nadel als Wälzkörper, wobei an der Mantelfläche der Nadel an einem ersten axialen Abschnitt eine rechtsgängige und an einem zweiten axialen Abschnitt eine linksgängige umlaufende Nut angeordnet ist, und wobei die beiden Nuten sich axial mittig treffen.
JP 2007120715 AA (Abstract) beschreibt einen stumpfkegeligen Wälzkörper, wobei an der Mantelfläche eine schraubenförmig umlaufende Nut vorgesehen ist, in der Schmiermittel entlang der äußeren Mantelfläche des Wälzkörpers gefördert wird.
DE 689 27 460 T2 beschreibt einen Wälzkörper, der umlaufende Nuten aufweist, wobei die Nuten ein im Querschnitt spitz zulaufendes, V-förmiges Profil aufweisen, und wobei zwischen zwei benachbarten Nuten eine Kontaktfläche ausgebildet ist, die von zwei kreissegmentförmigen Querschnitten begrenzt ist, so dass die Kontaktfläche im wesentlichen linienförmig ist.
US 4,916,751 A beschreibt einen Wälzkörper mit einer Mantelfläche, in der zwei gegenläufige Teilfolgen von im Querschnitt V-förmigen Nuten vorgesehen sind.
EP 1 647 726 A2 beschreibt einen Wälzkörper, an dessen Mantelfläche mittel eines Schleifprozesses Nuten eingefügt sind, die unter einem Winkel von Null bis ca. 30° zu der Umfangsrichtung geneigt sind.
DE 299 14 326 U1 beschreibt einen Wälzkörper mit einer Vielzahl von Mikronuten, insbesondere solche, die aus zwei gegenläufigen Teilfolgen von Nuten gebildet sind.
GB 129,247 A beschreibt einen Wälzkörper, der, ausgehend von einer zylindrischen bzw. stumpfkegeligen Mantelfläche, umlaufende Grate aufweist, die jeweils einen sphärischen Querschnitt aufweisen.
Aufgabe der Erfindung
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Wälzkörper anzugeben, der ein verbessertes Betriebsverhalten aufweist.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Wälzkörper gelöst, wobei der Wälzkörper ein Korpus mit einer Mantelfläche mit mindestens einer Nut aufweist, wobei in der Nut eine Einlage aus einem elastischen Material angeordnet ist.
Das elastische Material der Einlage dämpft Eigenschwingungen des Wälzkörpers und verbessert dessen Laufeigenschaften. Weiter wird die Geräuschentwicklung des Lagers im Betrieb unterdrückt.
Zusätzlich bietet der Wälzkörper die Möglichkeit, den Wälzkörper insbesondere bei einer reduzierten Lagerluft (z. B. C2 oder weniger) im wesentlichen spielfrei und vorgespannt in ein Wälzlager einbauen zu können, was insbesondere bei hohen Drehzahlen wichtig ist. Dieser Vorteil tritt insbesondere bei nadelförmigen Wälzkörpern auf, also bei solchen Wälzkörpern, die eine im wesentlichen zylindrische Hüllkontur aufweisen und deren Erstreckung in Richtung der Drehachse das mindestens ca. 2,5-fache der Erstreckung senkrecht zu der Drehachse beträgt.
Es bietet sich weiter der Vorteil, die Temperatur zwischen den beiden Lagerringen eines Wälzlagers reduzieren zu können, so dass sich die Betriebsdauer des Lagers verlängert, zumal bereits eine Reduzierung der Temperatur des Schmiermittels um ca. 2 bis 3°C eine deutliche Erhöhung der Lebensdauer des Lagers bewirkt. Weiter bieten die Wälzkörper den Vorteil, den Temperaturgradienten zwischen den beiden Lagerringen des Wälzlagers zu reduzieren, so dass Spannungen zwischen den beiden Lagerringen abgebaut werden können.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Einlage im wesentlichen bündig mit den an die Nut angrenzenden Abschnitten der Mantelfläche des Wälzkörpers abschließt.
Alternativ hierzu ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Einlage bezogen auf die an die Nut angrenzende Abschnitte der Mantelfläche des Korpus leicht vorsteht, insbesondere leicht konvex vorsteht, so dass der Wälzkörper unter einer durch die Überstände der Einlage bewirkten Vorspannung in das Wälzlager eingebaut werden kann.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Material der Einlage ein geringeres spezifisches Gewicht als das Material des übrigen Wälzkörpers aufweist, so dass sich die Möglichkeit bietet, unter Beibehaltung der äußeren Gestalt des Wälzkörpers dessen Gewicht zu reduzieren.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Einlage aus einem Elastomer ausgebildet ist. Das Elastomer kann über die angrenzenden Abschnitte der Mantelfläche angrenzend an die Nut etwas überstehen, so dass das im Betrieb leicht zusammengedrückte Elastomer eine geringe Vorspannung ausbildet, unter der der Wälzkörper eingebaut ist.
Besonders bevorzugt ist hinsichtlich der Ausbildung der Einlage in der Nut vorgesehen, dass die Einlage als gespritztes Elastomer ausgebildet ist. Dabei wird die Mantelfläche des Wälzkörpers im Bereich der Nut mit Elastomer umspritzt und das Elastomer in einem folgenden Verfahrensschritt teilweise so weit abgetragen, bis die Elastomerlage annähernd bündig mit dem an die Nut angrenzenden Abschnitt der Mantelfläche abschließt. Eine zusätzliche Befestigung der Einlage in der Nut ist dabei nicht erforderlich.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Einlage ein poröses Material umfasst. Aufgrund der Porosität des Materials ist die Förderung des Schmiermittels entlang der Nut nicht vollständig unterbrochen, sondern noch eingeschränkt möglich. Die Poren des Materials können Partikel aufnehmen, insbesondere Abriebpartikel, die aus dem Kontaktbereich zwischen der Laufbahn und der Kontaktfläche der Mantelfläche des Wälzkörpers entfernt und in den Poren dauerhaft aufgenommen werden. In den Poren lässt sich insbesondere auch ein Schmiermittel aufnehmen, das im Betrieb des Wälzkörpers zeitlich verzögert freigesetzt wird und eine dauerhafte Schmierung mit einer gleichbleibenden Menge an Schmiermittel unterstützt.
Umfasst die Einlage ein Elastomer, ist hinsichtlich des porösen Materials vorzugsweise vorgesehen, dass die Einlage als poröses Material einen Schaumstoff umfasst, der sowohl elastisch verformbar ist als auch eine hohe innere Fläche aufweist, in der das Schmiermittel bzw. die Abrieb-Partikel aufgenommen sind. Dabei kann der Schaumstoff eine Filterwirkung entfalten, in dem Sinne, dass mit Partikeln befrachteter Schmierstoff in dem Schaumstoff aufgenommen und von Partikeln weitgehend befreiter Schmierstoff abgegeben wird, wobei die Partikel in dem Schaumstoff verbleiben.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Einlage magnetische Partikel umfasst, so dass der Wälzkörper eine permanente Magnetisierung aufweist und als Signalgeber für einen magnetischen Sensor bzw. für einen Generator ausgebildet ist.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Wälzkörper eine Funktionsschicht umfasst, insbesondere eine Funktionsschicht, die elektrostatische, oleophile, hydrophile oder hydrophobe Eigenschaften aufweist. Die Funktionsschicht kann an der elastischen Einlage angeordnet sein, speziell kann auch vorgesehen sein, dass die Funktionsschicht an der Oberfläche der Einlage angeordnet ist. Alternativ oder ergänzend ist vorgesehen, dass die Funktionsschicht an der Laufbahn, beispielsweise zwischen der Nut und der Laufbahn, angeordnet ist. Ist eine Funktionsschicht mit elektrostatischen Eigenschaften vorgesehen, lagert die Funktionsschicht Partikel, insbesondere Schmutz oder Abriebteilchen, an, die aus dem Bereich der unmittelbaren Kontaktflächen des Wälzkörpers zu der Laufbahn entfernt gehalten werden. Die Funktionsschicht mit den im wesentlichen elektrostatischen Eigenschaften umfasst beispielsweise ein Elektret, das mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung, insbesondere einer metallischen Beschichtung, bedeckt ist, alternativ oder ergänzend zu dem Elektret ein elektrostatisches Harz oder hierzu wiederum alternativ oder ergänzend eine dünne Beschichtung aus einem Kunststoff wie PTFE.
Alternativ oder ergänzend zu einer Funktionsschicht mit elektrostatischen Eigenschaften kann die Funktionsschicht oleophile Eigenschaften aufweisen, so dass die Funktionsschicht Schmiermittel wie Fett oder Schmieröl anlagert, das im Fall einer Mangelschmierung an den unmittelbaren Kontaktbereich des Wälzkörpers zu der Laufbahn freigegeben werden kann. Alternativ oder ergänzend zu einer Funktionsschicht mit elektrostatischen bzw. oleophilen Eigenschaften bietet eine Funktionsschicht mit hydrophilen Eigenschaften die Möglichkeit, aufgrund der wasseranziehenden Wirkung eine Filterfunktion auszuüben. Alternativ oder ergänzend zu einer Funktionsschicht mit elektrostatischen, oleophilen oder hydrophilen Eigenschaften bietet eine Funktionsschicht mit hydrophoben Eigenschaften die Möglichkeit, aufgrund der wasserabweisenden Wirkung Korrosion an dem Wälzkörper bzw. an den Lagerringen des Wälzlagers zu unterdrücken, wobei das Wasser von dem Kontaktbereich des Wälzkörpers zu dem Lagering entfernt und an einer anderen Stelle, insbesondere an oder in dem Wälzkörper, abgeschieden wird. Es versteht sich, dass das für die Funktionsschicht gewählt Material mehrere Eigenschaften gemeinsam aufweisen kann, beispielsweise elektrostatisch und oleophil bzw. oleophil und hydrophob bzw. elektrostatisch und hydrophil zugleich sein kann. Es versteht sich weiter, dass die Funktionsschicht mehrere Materialien umfassen kann, deren jede im wesentlichen elektrostatische, oleophile, hydrophobe oder hydrophile Eigenschaften aufweist.
Die hydrophile, hydrophobe oder oleophile Funktionsschicht kann beispielsweise eine Beschichtung mit einer Schicht aus Hartkeramikmaterialien wie Chromoxid, Aluminiumoxid oder Wolframcarbid umfassen, die hydrophil sowie oleophil sind, je nachdem, ob in der Umgebung der Beschichtung Wasser oder Öl bzw. Fett vorhanden ist.
Die hydrophile, hydrophobe oder oleophile Funktionsschicht kann alternativ oder ergänzend hierzu eine Beschichtung mit einer Schicht aus amorphen Kohlenstoff (sog. diamond-like carbon, DLC) umfassen, die naturgemäß hydrophobe Eigenschaften aufweist, allerdings abhängig beispielsweise von Dotierelementen auch hydrophile Eigenschaften erhalten kann. So bewirkt beispielsweise eine Dotierung mit Stickstoff, Bor oder polaren Dotanden eine hydrophile Oberfläche der DLC-Schicht, während eine Dotierung mit beispielsweise Fluor-Atomen eine hydrophobe Eigenschaft der DLC-Schicht ermöglicht. Weiter ist bekannt, dass eine hydrophile DLC-Schicht beispielsweise durch Abscheidung aus einem Plasma bzw. durch Bestrahlung mit hochenergetischer Strahlung, beispielsweise UV-Strahlung, erhalten werden kann. Auf ähnliche Weise lassen sich oleophile Eigenschaften der DLC-Schicht einstellen.
Die hydrophile, hydrophobe oder oleophile Funktionsschicht kann alternativ oder ergänzend zu den Alternativen der beiden vorhergehenden Absätze auch durch eine nanoskalige Strukturierung der Oberfläche erhalten werden, beispielsweise durch eine Nanoindentierung, so dass ggf. auf eine Beschichtung der Oberfläche mit einem anderen Material verzichtet werden kann. Als Funktionsschicht ist in diesem Fall der dreidimensionale Oberflächenabschnitt anzusehen, in dessen Tiefe sich die nanoskalige Strukturierung erstreckt.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass an oder in der Einlage ein Funktionselement, insbesondere ein Sensor, angeordnet ist. Der Sensor kann insbesondere ein Kraft-Sensor, beispielsweise ein mittels Dehnungsmessstreifen arbeitender Sensor, sein. Besonders bevorzugt ist hinsichtlich des Funktionselementes, insbesondere des Sensors, vorgesehen, dass das Funktionselement, insbesondere der Sensor, Daten drahtlos, insbesondere mittels Funktechnologie oder Transpondertechnologie, übermittelt. Die übermittelten Daten können dabei Messwerte sein, die der Sensor erfasst hat und die chemischen oder physikalischen Kenngrößen entsprechen. Die Daten können solche Größen sein, die den Sensor selbst kennzeichnen, beispielsweise eine Betriebskennung des Sensors oder, wenn der Sensor einen Energiespeicher umfasst, eine Information über den Ladezustand des Energiespeichers.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die anliegend Zeichnung näher beschrieben und erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Wälzkörpers.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt einen Wälzkörper 1, der ein im wesentlichen zylindrisches Korpus umfasst, wobei in die Mantelfläche 2 des Korpus zwei umlaufende Nuten 3, 4 eingebracht sind. Die Nuten 3, 4 laufen unter einem Vorschub in Richtung einer Drehachse 5 zweimal um die Drehachse 5 um. Die beiden Nuten 3, 4 begrenzen Kontaktflächen 6, 7 an der Mantelfläche 2, wobei die Kontaktflächen 6, 7 im wesentlichen zylindrisch ausgebildet sind. Im Bereich der Kontaktflächen 6, 7 bildet sich eine bei der Drehung des Wälzkörpers 1 um die Drehachse 5 umlaufender und in Richtung der Drehachse 5 verschiebliche Kontaktellipse zu einer Laufbahn auf einem Lagerring aus.
In den beiden Nuten 3, 4 ist jeweils eine Einlage 8, 9 aus einem elastischen Material, nämlich einem geschäumten Elastomer, speziell einem Schaumstoff, angeordnet. Der Schaumstoff ist mit einem Schmieröl getränkt, wobei das Schmieröl während des Betriebs des Wälzkörpers 1 freigesetzt wird. In dem Schaumstoff sammeln sich Partikel, die im Betrieb des Wälzkörpers 1 anfallen und in dem Schaumstoff, beabstandet von den Kontaktflächen 6, 7, festgehalten werden. Hierzu weisen die Nuten 3, 4 einem im Querschnitt gerundeten, speziell sphärisch abgerundeten Nutgrund 10, 11 auf, wobei die Einlage 8, 9 die Nut 3, 4 so weit ausfüllt, dass die Einlage 8, 9 mit der angrenzenden Kontaktfläche 6, 7 bündig abschließt.
Der Wälzkörper 1 weist damit einem im wesentlichen zylindrische Gestalt auf, wobei die zylindrische Hüllfläche teils durch das Material der Kontaktfläche 6, 7 und teils durch das Material der Einlage 8, 9 gebildet ist. Der Nutgrund 10, 11 ist leicht aufgeraut, wobei das Material der Einlage 8, 9 als Kunststoff-Umspritzung in den Nutgrund eingebracht ist, und wonach im Rahmen einer Nachbearbeitung die Kunststoff-Umspritzung so weit abgetragen wird, bis die Einlagen 8, 9 eine mit den angrenzenden Kontaktflächen 6, 7 bündig abschließende Fläche aufweisen.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, bei dem der Wälzkörper 1 eine im wesentlichen zylindrischen Hüllfläche aufweist. Dabei war der Wälzkörper 1 als Nadel für ein Wälzlager ausgebildet. Es versteht sich, dass der Wälzkörper eine von der zylindrischen Form abweichende Hüllfläche aufweisen kann, insbesondere kann der Wälzkörper auch eine stumpfkegelige oder eine tonnenförmige Form aufweisen.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wies schloss die Einlage 8, 9 jeweils im wesentlichen bündig mit dem an die Nut 3, 4 angrenzenden Abschnitt der Mantelfläche des Korpus des Wälzkörpers 1 ab. Es versteht sich, dass die Einlage 8, 9 auch über die an die Nut 3, 4 angrenzende Mantelfläche vorstehen kann, insbesondere kann die Einlage 8, 9 bezogen auf die Drehachse 5 des Wälzkörpers 1 leicht konvex vorstehen. Der vorstehende Bereich der Einlage 8, 9 wird im Betriebsfall des Wälzkörpers 1 elastisch zusammengedrückt, so dass die Kontaktflächen 6, 7 zu beiden Seiten der Nut 3, 4 die Last zumindest teilweise zusammen mit der Einlage 8, 9 aufnehmen. Die elastisch zusammengedrückte Einlage bewirkt dabei, dass der Wälzkörper unter Vorspannung eingebaut ist.
Bezugszeichenliste

1: Wälzkörper
2: Mantelfläche
3, 4: Nut
5: Drehachse
6, 7: Kontaktfläche
8, 9: Einlage
10, 11: Nutgrund

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2251555 A [0003]
US 3281191 A [0004]
DE 720910 A [0005]
DE 1034931 [0006]
JP 2007071355 AA [0007]
JP 2007120715 AA [0008]
DE 68927460 T2 [0009]
US 4916751 A [0010]
EP 1647726 A2 [0011]
DE 29914326 U1 [0012]
GB 129247 A [0013]

Claims

Wälzkörper, umfassend ein Korpus mit einer Mantelfläche (2) mit mindestens einer Nut (3, 4), dadurch gekennzeichnet, dass in der Nut (3, 4) eine Einlage (8, 9) aus einem elastischen Material angeordnet ist.
Wälzkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlage (8, 9) im wesentlichen bündig mit den an die Nut (3, 4) angrenzenden Abschnitten der Mantelfläche (2) des Wälzkörpers abschließt.
Wälzkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlage bezogen auf die an die Nut angrenzende Abschnitte der Mantelfläche des Korpus leicht vorsteht, insbesondere leicht konvex vorsteht.
Wälzkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Einlage (8, 9) ein geringeres spezifisches Gewicht als das Material des übrigen Wälzkörpers aufweist.
Wälzkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlage (8, 9) aus einem Elastomer ausgebildet ist.
Wälzkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlage (8, 9) als gespritztes Elastomer ausgebildet ist.
Wälzkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlage (8, 9) ein poröses Material umfasst.
Wälzkörper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlage als poröses Material einen Schaumstoff umfasst.
Wälzkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlage magnetische Partikel umfasst.
Wälzkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Wälzkörper eine Funktionsschicht umfasst, insbesondere eine Funktionsschicht, die elektrostatische, oleophile, hydrophile oder hydrophobe Eigenschaften aufweist.
Wälzkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass an oder in der Einlage ein Funktionselement, insbesondere ein Sensor, angeordnet ist.
Wälzkörper nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionselement, insbesondere der Sensor, Daten drahtlos, insbesondere mittels Funktechnologie oder Transpondertechnologie, übermittelt.
Wälzlager, umfassend mindestens einen Wälzkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 10.