DE102010051968A1

DE102010051968A1 - Selbsttragender Wälzkörperring sowie Wälzlageranordnung

Info

Publication number: DE102010051968A1
Application number: DE201010051968
Authority: DE
Inventors: Jan-Rene Aust; Andreas Jander
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-11-19
Filing date: 2010-11-19
Publication date: 2012-05-24

Abstract

Ein selbsttragender Wälzkörperring (2) ist als eine vorgefertigte Montageeinheit ausgebildet und umfasst eine Vielzahl von Wälzkörpern (6, 8), die von einem Verbindungskörper (4) aus Festschmierstoff zusammengehalten sind. Der Wälzkörperring (2) wird insbesondere direkt auf eine Welle aufgesteckt. Im Betrieb der Wälzlageranordnung gibt der Verbindungskörper ein in ihm enthaltendes Schmiermittel ab.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen selbsttragenden Wälzkörperring sowie eine Wälzlageranordnung mit einem solchen Wälzkörperring.
Hintergrund der Erfindung
Wälzlager werden in der Regel mit einem Schmierfett oder einem Schmieröl gefüllt, welches eine angemessene Schmierung zwischen den sich bewegenden Flächen bereitstellt, so dass eine Reibung während des Betriebs des Wälzlagers keine Überhitzung und Selbstzerstörung der Lager nach sich zieht. Es ist jedoch konstruktiv schwierig das Schmierfett in einem Wälzlager vollständig abzudichten, so dass bei längerer Benutzung des Lagers das Schmierfett allmählich ausläuft. Zudem neigen herkömmliche Öl- und Fettschmierstoffe auf der Basis von Erdöl mit der Zeit zu einem Austrocknen und/oder Verdampfen und müssen daher periodisch ersetzt werden, damit das Lager über seine erwartete Lebensdauer störungsfrei funktioniert.
Diese Probleme werden durch den Einsatz von Festschmierstoffen gelöst. Die chemische Zusammensetzung eines Festschmierstoffs ist z. B. aus der DE 197 13 105 A1 zu entnehmen. Der in diesem Dokument beschriebene Festschmierstoff enthält ein Schmierfett, ein Polyolefinpulver mit ultrahohem Molekulargewicht sowie ein Rostschutzmittel.
Aus der Patentschrift US 6,296 393 B1 geht ein Wälzlager hervor, das ein einen Schmierstoff enthaltendes Polymer umfasst, welches den Raum zwischen einem Lageraußenring, einem Lagerinnenring und den Wälzkörpern ausfüllt. Das den Schmierstoff enthaltende Polymer wird mit Hilfe eines Spritzgussverfahrens (injection molding) ins Innere des Wälzlagers eingespritzt. Das Polymer umfasst ein Harz auf Basis von Polyolefin und einen Schmierstoff wie z. B. ein Mineralöl, ein Poly-α-Olefinöl, ein Phenyletheröl oder ein Naphtalinöl. Das Polymer ermöglicht ein graduelles Freigeben des Schmierstoffs im Betrieb des Wälzlagers, damit das Wälzlager über eine lange Zeitdauer geschmiert wird.
In der US 5,149,208 ist ein Nadellager beschrieben, welches eine Vielzahl von nadelförmigen Wälzkörpern umfasst, die durch schmierende und nicht schmierende Trennelemente voneinander getrennt sind. Die festen, schmierenden Trennelemente gleiten dabei zwischen den Wälzkörpern.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache Montage von Wälzkörpern zu ermöglichen, die zudem im Betrieb ausreichend geschmiert werden.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen selbsttragenden Wälzkörperring, der als eine vorgefertigte Montageeinheit umfassend eine Vielzahl von Wälzkörpern, die von einem Verbindungskörper aus Festschmierstoff zusammengehalten sind, gebildet ist.
Die Aufgabe wird weiterhin erfindungsgemäß gelöst durch eine Wälzlageranordnung umfassend einen solchen Wälzkörperring, einen Lagerinnenring und einen Lageraußenring. Die in Bezug auf den Wälzkörperring nachstehend aufgeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß auf die Wälzlageranordnung zu übertragen.
Die Erfindung basiert auf der Überlegung, dass die Funktion eines aus dem Stand der Technik bekannten Festschmierstoffs ergänzt wird, indem dieser als ein Verbindungskörper für die Wälzkörper eingesetzt wird und die Wälzkörper in einer Anordnung wie bei ihrem Einsatz in einem Wälzlager zusammenhält. Es entsteht somit ein eigenständiger, selbsttragender Wälzkörperring, bei dem die Wälzkörper im festen, formstabilen Verbindungskörper aus Festschmierstoff eingebettet sind. Der Wälzkörperring ist dabei eine vorgefertigte Montageeinheit, die nach ihrer Herstellung in dieser Form gelagert, transportiert oder zur Lagerung von Maschinenbauteilen eingesetzt werden kann. Der wesentliche Vorteil hierbei ist, dass die Wälzkörper nicht einzeln montiert werden, sondern dass alle Wälzkörper in nur einem einzigen Schritt in ihre Einsatzposition gebracht werden. Es erfolgt somit eine besonders einfache Montage der Wälzkörper. Der Wälzkörperring ist bei seiner Montage relativ trocken und sauber, was insbesondere beim Einbauen komplexer Strukturen bzw. unter Bedingungen erhöhter Reinheit Vorteile bringt. Eine Gefahr, dass das Maschinenelement, in dem der Wälzkörperring aufgenommen ist, oder andere Bauteile durch den Schmierstoff oder durch anhaftende Schmutzpartikel kontaminiert werden, ist somit minimiert.
Der Verbindungskörper, der die Wälzkörper umhüllt und zusammenhält, weist eine Formstabilität und eine ausreichende Festigkeit auf, um die Wälzkörper zusammen zu halten. Der Verbindungskörper ist zudem insbesondere temperaturbeständig, so dass er unter normalen Bedingungen gelagert und montiert wird, ohne dass der Schmierstoff freigesetzt wird.
Für das Einbetten der Wälzkörper im Verbindungskörper kommen mehrere Techniken in Frage. Vorzugsweise sind die Wälzkörper z. B. mit dem Festschmierstoff umspritzt. Nach einer alternativen, bevorzugten Ausgestaltung sind die Wälzkörper im Festschmierstoff eingegossen. In allen Fällen liegt eine einfache und kostengünstige Herstellung des Wälzkörperrings vor.
Der Verbindungskörper ist insbesondere derart dimensioniert, dass er die Wälzkörper vollständig umhüllt. Alternativ sind um den Außen- und/oder Innenumfang des ringförmigen Verbindungskörpers Teilbereiche der Wälzkörper freigelegt. Möglich ist auch, dass Teilbereiche der Wälzkörper auch in Axialrichtung freigelegt sind. Die Summe der freigelegten Flächen jedes Wälzkörpers ergibt dabei weniger als die Hälfte und insbesondere weniger als 1/3 seiner Gesamtoberfläche.
Der Wälzkörperring wird insbesondere bei engen Bauräumen eingesetzt. Vorzugsweise ist dabei mindestens einer der Lagerringe der Wälzlageranordnung, die den Wälzkörper enthält, durch eine Welle oder ein Lagergehäuse gebildet. Zweckdienlicherweise ist der Wälzkörperring unmittelbar zwischen der Welle und dem Lagergehäuse angeordnet ist, so dass die Welle z. B. den Lagerinnenring und das Lagergehäuse den Lageraußenring bildet. Zur Ausbildung der Wälzlageranordnung wird der Wälzkörperring direkt auf die Welle aufgesteckt. Hierfür enthalten die Welle sowie eine Lagerbohrung bzw. -aufnahme im Lagergehäuse die für den Einsatz des Wälzkörperrings notwendige Genauigkeit bzw. die Abmaße des Wälzkörperrings sind auf das Innen- und Außenmaß der Lagerbohrung abgestimmt.
Der Verbindungskörper ist insbesondere elastisch und weist eine Elastizität z. B. zwischen 0,1 und 100 N/mm² auf. Das Dehnverhalten des Verbindungskörpers ähnelt dabei dem von Gummi. Dank einer gewissen Elastizität des Verbindungskörpers erfolgt eine besonders einfache Montage des Wälzkörperrings auf die Welle. Der Verbindungskörper ist z. B. ein Schwammkörper aus Polyethylen, es sind jedoch auch andere Materialien oder Kombinationen aus verschiedenen Materialien zum Ausbilden des Verbindungskörpers möglich.
Bevorzugt enthält der Verbindungsträger einen lösbaren Polymerträger, der sich im Betrieb löst und das Schmiermittel abgibt. Nachdem die Wälzkörper ihre Einsatzposition angenommen haben, ist die Primärfunktion des Verbindungskörpers nicht mehr das Zusammenhalten der Wälzkörper, sondern ihre Schmierung. Der im Verbindungskörper enthaltene Polymerträger ist daher derart ausgewählt, dass er im Betrieb des Wälzkörperrings oder vor seinem Betrieb sich löst und dabei das Schmiermittel abgibt. Nach einer bevorzugten Variante löst sich dabei der Polymerträger unter Temperatureinwirkung. Durch den Temperaturanstieg im Betrieb löst sich der Polymerträger allmählich und gibt somit das Schmiermittel über einen längeren Zeitraum ab. Gemäß einer alternativen, bevorzugten Variante löst sich der Polymerträger unter der Einwirkung eines Lösungsmittels. Nach dem Zerfallen des Polymerträgers wird das gelöste Material insbesondere von dem Schmiermittel aufgenommen und gebunden. Alternativ wird das gelöste Material entfernt. Der Polymerträger kann beispielsweise aus einem löslichen Polymer wie Polystyrol ausgebildet sein, das ggf. bei Zugabe eines Lösungsmittels löslich ist, oder aus einem löslichen Thermoplasten wie Polyvinylchlorid.
Im Hinblick auf eine sichere Führung der Wälzkörper auch nach dem Auflösen des Verbindungskörpers ist vorzugsweise im Verbindungskörper ein Käfig für die Wälzkörper eingebettet. Der Käfig ist z. B. aus Kunststoff oder Metall.
Zweckdienlicherweise sind die Wälzkörper als Rollen, Kugeln oder Kugelrollen ausgebildet. In Abhängigkeit von der Form der Wälzkörper ist der Wälzkörperring für eine radiale und/oder axiale Lagerung vorgesehen. Je nach Anwendung des Wälzkörperrings sind die Wälzkörper aus einem Metall, insbesondere aus Stahl, oder aus Keramik, Kunststoff oder Glas ausgebildet.
Die Montage des Wälzkörperrings wird weiterhin erleichtert, indem an definierten Stellen ein Überschuss am Polymerträger vorgesehen ist, so dass Griffstücke oder Zeiger für die Montagerichtung ausgebildet sind und nach der Montage z. B. durch Sollbruchstellen leicht abgebrochen und entfernt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
1 eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsvariante eines Wälzkörperrings mit nadelförmigen Wälzkörpern,
2 einen Radialschnitt in der Ebene I durch den Wälzkörperring gemäß 1,
3 eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsvariante eines Wälzkörperrings mit kugelförmigen Wälzkörpern, und
4 einen Radialschnitt in der Ebene II des Wälzkörperrings gemäß 3.
Gleiche Bezugszeichen haben in den verschiedenen Figuren die gleiche Bedeutung.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
In den 1 und 2 ist eine erste Ausführungsvariante eines Wälzkörperrings 2 gezeigt, der eine Vielzahl von in einem formstabilen und festen Verbindungskörper 4 eingebetteten Wälzkörpern 6 umfasst. Die Wälzkörper 6 sind in diesem Ausführungsbeispiel als Nadelrollen aus einem Metall, z. B. aus Stahl, ausgebildet. Der Wälzkörperring 2 ist z. B. in einem Spritzverfahren hergestellt, in dem die Nadelrollen 6 mit dem Material des Verbindungskörpers 4 umspritzt sind. Alternativ können die Nadelrollen 6 im Material des Verbindungskörpers 4 eingegossen sein.
Der Wälzkörperring 2 stellt ein einteiliges, selbsttragendes Bauelement dar, welches als ein Wälzlager eingesetzt wird, indem es unmittelbar auf eine hier nicht näher gezeigte Welle aufgeschoben wird. Die Welle bildet dabei einen Lagerinnenring einer ebenfalls nicht gezeigten Wälzlageranordnung. Ein Lageraußenring der Wälzlageranordnung ist z. B. durch ein Lagergehäuse gebildet. Die Montage des Wälzkörperrings 2 wird erleichtert, indem der Verbindungskörper 4 elastisch ausgebildet ist und somit ohne großen Aufwand auf die Welle aufgeschoben wird. Der Einsatz des Wälzkörperrings 2 setzt jedoch in diesem Fall voraus, dass die Laufbahnen auf der Welle sowie im Lagergehäuse eine für den Wälzkörperring 2 ausreichende Genauigkeit aufweisen.
Die Nadelrollen 6 sind derart im Verbindungskörper 4 eingebettet, dass um den Außen- und Innenumfang des Wälzkörperrings 2 ein Teil ihrer Oberfläche unbedeckt ist. Der Wälzkörperring 2 zeichnet sich somit dadurch aus, dass seine radiale Bauhöhe dem Durchmesser der Nadelrollen 6 entspricht. Dies ist von großem Vorteil, wenn für ein Wälzlager nur ein sehr kleiner radialer Bauraum zur Verfügung steht.
Der Verbindungskörper 4 ist aus einem Festschmierstoff ausgebildet, der sich aus einem Polymerträger und einem Schmierstoff zusammensetzt (hier nicht näher gezeigt). Der Polymerträger ist derart ausgebildet, dass er sich im Betrieb des Wälzkörperring 2 bei Erhöhung der Betriebstemperatur z. B. aufgrund Reibungen auflöst und dabei das Schmiermittel freigibt. Dies ist insbesondere kein einmaliger Prozess, sondern der Polymerträger zerfällt über einen längeren Zeitraum, der insbesondere der erwarteten Lebensdauer der Wälzlageranordnung entspricht. Alternativ kann der Polymerträger mit Hilfe eines Lösungsmittels aufgelöst werden. Das frei gelassene Schmiermittel schmiert dabei die Wälzkörper 6 bei ihrem Einsatz und gewährleistet somit einen einwandfreien Betrieb der Wälzlageranordnung.
Die Wälzkörper 6 sind im Querschnitt betrachtet kreisförmig nebeneinander angeordnet derart, dass jeder Wälzkörper 6 beidseitig seine Nachbarn berühren kann oder dass das für die Funktion des Lagers erforderliches Spiel eingestellt ist. Dies ist aus 2 ersichtlich. Beim vollständigen Auflösen des Verbindungskörpers 4 wird somit gewährleistet, dass sich die Wälzkörper 6 um den Umfang der Welle nicht verschieben.
Die zweite Ausführungsvariante des Wälzkörperrings 2 gemäß 3 und 4 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsvariante lediglich durch die Form der Wälzkörper, die hierbei als Kugeln 8 ausgebildet sind. Aufgrund der kugelförmigen Wälzkörper 8 eignet sich die Wälzlageranordnung 2 gemäß 3 und 4 außerdem für eine axiale Lagerung. In weiteren Ausführungen des Wälzkörperrings 2 können die Wälzkörper außerdem z. B. Rollen, Tonnen, Kegel oder andere Rotationskörper aus Stahl, Keramik oder Kunststoff sein.
Im Verbindungskörper 4 kann außerdem ein hier nicht näher gezeigter Käfig zum Führen der Wälzkörper 6, 8 nach dem Auflösen des Festschmierstoffes eingebettet sein. Wenn ein Käfig vorhanden ist, sind insbesondere zwei- oder mehrreihige Ausführungen der Wälzkörper 6, 8 möglich.
Bezugszeichenliste

2: Wälzkörperring
4: Verbindungskörper
6: Nadelrolle
8: Kugel
U: Umfangsrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19713105 A1 [0003]
US 6296393 B1 [0004]
US 5149208 [0005]

Claims

Selbsttragender Wälzkörperring (2), der als eine vorgefertigte Montageeinheit umfassend eine Vielzahl von Wälzkörpern (6, 8), die von einem Verbindungskörper (4) aus Festschmierstoff zusammengehalten sind, gebildet ist.
Wälzkörperring (2) nach Anspruch 1, wobei der Verbindungskörper (4) einen lösbaren Polymerträger enthält.
Wälzkörperring (2) nach Anspruch 2, wobei der Polymerträger unter Temperatureinwirkung lösbar ist.
Wälzkörperring (2) nach Anspruch 2, wobei der Polymerträger unter der Einwirkung eines Lösungsmittels lösbar ist.
Wälzkörperring (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Verbindungskörper (4) ein Käfig für die Wälzkörper (6, 8) eingebettet ist.
Wälzkörperring (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wälzkörper (6, 8) als Rollen (6), Kugeln (8) oder Kugelrollen ausgebildet sind.
Walzlageranordnung umfassend einen Wälzkörperring (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, einen Lagerinnenring und einen Lageraußenring.
Wälzlageranordnung Anspruch 7, wobei mindestens einer der Lagerringe durch eine Welle oder ein Lagergehäuse gebildet ist.
Wälzlageranordnung Anspruch 8, wobei der Wälzkörperring (2) unmittelbar zwischen der Welle und dem Lagergehäuse angeordnet ist.