DE102011077732A1

DE102011077732A1 - Lüftkühlung für Wälzlager

Info

Publication number: DE102011077732A1
Application number: DE102011077732A
Authority: DE
Inventors: Kleberson Sierra; Jesiel Costa
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-06-17
Filing date: 2011-06-17
Publication date: 2012-02-02
Also published as: BR112013032311A2; WO2012171719A1

Abstract

Zusammenfassend betrifft die Erfindung Luftkühlungsanordnung mit einem in Umfangsrichtung angeordneten, in axialer Richtung in Bezug zu einer Drehachse orientierte Stanzlöcher aufweisenden Luftleitring. Ferner betrifft die Erfindung eine Dichtungsanordnung mit einer derartigen Luftkühlungsanordnung, die zur Abdichtung eines Wälzlagers einsetzbar ist. Es wird angegeben, wie die Kühlleistung eines Luftleitringes mittels einer Oberflächenvergrößerung eines stirnverzahnten Ringes bewerkstelligt werden kann. Dank des gegenüber dem stirnverzahnten Ring drehbaren Luftleitrings wird eine Luftumwälzung erreicht, die von den Luftleitflügeln stimuliert wird, indem diese abwechselnd über die Stirnverzahnung bewegt werden und den Luftdruck in den Zahnzwischenräumen abwechselnd erhöhen und absenken. Dadurch kommt ein Luftstrom zustande, der über die gesamte Oberfläche, inklusive der Zahnkronen, der Zahnflanken und Zahntälern, streicht und effektiver kühlt.

Description

Gebiet der Erfindung
Luftkühlungsanordnung mit einem in Umfangsrichtung angeordneten, in axialer Richtung in Bezug zu einer Drehachse orientierte Stanzlöcher aufweisenden Luftleitring. Ferner betrifft die Erfindung eine Dichtungsanordnung mit einer derartigen Luftkühlungsanordnung, die zur Abdichtung eines Wälzlagers einsetzbar ist.
Stand der Technik Hintergrund der Erfindung
Aus UK 2123498 A ist eine Dichtungsanordnung bekannt, die einen Dichtlippen tragendem Dichtring aufweist. In die Dichtlippe sind radial nach außen offene Löcher eingebracht, womit die Dichtlippe die Funktion eines Ventilators übernimmt, der einen Luftstrom generieren. Damit wird die Betriebstemperatur des Wälzlagers durch die Kühlung seiner Dichtungsanordnung reduziert.
Problematisch daran ist, dass der Ventilator für die meisten Wälzlageranwendungen eine sehr geringe Kühlleistung aufbringt, zumal seine Rotationsgeschwindigkeit aufgrund des Wälzlagereinsatzes nicht veränderbar, durch andere Anforderungen festgelegt ist und zur Erzielung einer stärkeren Kühlung nicht erhöht werden kann.
Aufgabenstellung Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist daher eine kosteneffiziente und platzsparende Luftkühlungsanordnung für Wälzlager mit einer verbesserten Kühlleistung herzustellen.
Die Aufgabe wird durch eine Luftkühlungsanordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass deren Luftleitring in Umfangsrichtung angeordnete, in axialer Richtung in Bezug zu einer Drehachse orientierte Stanzlöcher aufweist, wobei die Stanzlöcher zumindest teilweise in axialer Richtung mittels Luftleitflügel abgedeckt sind und die Luftleitflügel jeweils an einer Stanzlochbegrenzungslinie in den Luftleitring übergehen.
Der Luftleitring ist konzentrisch zur Drehachse eines Lagers, insbesondere Wälzlager, anordenbar. Die Luftleitflügel resultieren aus dem Stanzvorgang, der es erlaubt nicht nur den Luftleitflügel aus dem Luftleitring zu stanzen, sondern diesen in axialer Richtung zu verbiegen, ohne dessen Verbindung zum Luftleitflügel vollständig zu trennen. Idealerweise ist der Luftleitflügel mit dem Luftleitring über eine Stanzlochbegrenzungslinie des zum Luftflügel gehörigen Stanzloches einmaterialig verbunden. Idealerweise geht der Luftleitflügel an der Stanzlochbegrenzungslinie in den Luftleitring über, der an der Stelle des Stanzloches beispielsweise im Wesentlichen radial zur Drehachse verläuft.
Die Stanzlöcher sind axial orientiert, womit eine axiale Luftverschiebung durch den Luftleitring möglich ist. Dies wird unterstützt durch die Form des Luftleitflügels, der beispielsweise gemäß aerodynamischen Kriterien ausgeformt sein kann. Dadurch bildet der Luftleitring eine Ventilatorfunktion aus, die für axiale Luftbewegung sorgt.
Erfindungsgemäß weist die Luftkühlungsanordnung einen stirnverzahnten Ring mit einer axial orientieren Stirnverzahnung auf. Die Stirnverzahnung bildet neben den Zähnen auch die Zahnzwischenräume aus, die in Umfangsrichtung angeordnet und voneinander beabstandet sind. Dabei bilden die Zahnzwischenräume jeweils ein separates Luftreservoir und damit auch eine größere, kühlbare Oberfläche.
Beide Ringe sind sowohl axial zueinander angeordnet und relativ zueinander drehbar. Damit kann der Luftleitring den stirnverzahnten Ring axial kühlen. Meist wird dabei der Luftleitring bewegt, das heißt am drehbaren Teil eines Lagers befestigt.
Basierend auf Wärmeleitung oder anderweitiger Wärmeübertragung passiert die Reibungswärme des Wälzlagers oder Gleitlagers den stirnverzahnten Ring, wobei die Stirnverzahnung axial in die Wärmetransportrichtung orientiert ist. Somit erreicht die Reibungswärme die Zähne und Zahntäler der Stirnverzahnung. Dank des gegenüber dem stirnverzahnten Ring drehbaren Luftleitrings wird eine Luftumwälzung erreicht, die von den Luftleitflügeln stimuliert wird, indem diese abwechselnd über die Zahnzwischenräume bewegt werden und den Luftdruck in den Zahnzwischenräumen abwechselnd erhöht und absenkt. Dadurch kommt ein Luftstrom zustande, der über die gesamte Oberfläche, inklusive der Zahnkronen, der Zahnflanken und Zahntälern, streicht und kühlen kann.
Vorteilhafterweise erstrecken sich die Luftleitflügel zumindest teilweise oder ganz zwischen der Stirnverzahnung und dem Luftleitring. Dabei können die Luftleitflügel axial nahe an die Zahnkronen, beziehungsweise an die Zahnzwischenräume heranragen. Je weiter sich die Luftleitflügel aus dem Luftleitring axial herauserstrecken, desto größer ist die im Zahnzwischenraum erzeugte Luftbewegung.
Luftkühlungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Zähne der Stirnverzahnung den Luftleitring axial und radial abdecken. Dabei kann die axiale und/oder die radiale Abdeckung den Luftleitring teilweise oder ganz abdecken. Auf diese Weise ist der Zahnzwischenraum und somit auch die kühlbare Fläche noch größer. Zusätzlich bildet sich eine Kreisbewegung der kühlenden Luft aus, die axial an die Zahnzwischenräume herangeführt und im Zahnzwischenraum radial nach innen oder außen geleitet und in die axiale Gegenrichtung weitergeleitet wird. Während dieser Kreisbewegung kann Wärme von den Zahnflanken der angrenzenden Zähne aufgenommen werden.
Vorteilhafterweise bewegen sich die Luftleitflügel bei einer Drehung des Luftleitrings relativ zum stirnverzahnten Ring axial über Zahnzwischenräume der Stirnverzahnung. Dabei können sowohl die Zähne teilweise oder ganz aus Metall oder einem elastischen Material bestehen. Entsprechendes gilt für den Luftleitring und die Luftleitflügel. Damit sind diese Elemente auf einfache Weise in eine Dichtungsanordnung eines Wälzlagers integrierbar unabhängig davon, ob es in einen Dichtungsring, das Elastomer oder einen Schleuderring integriert werden muss, um die erfindungsgemäße Wirkung zu erzielen.
Beispielsweise ist eine Dichtungsanordnung, insbesondere Kassettensichtung, mit einer Luftkühlungsanordnung herstellbar, wobei der stirnverzahnte Ring einen Dichtring der Dichtungsanordnung und der stirnverzahnte Ring einen Schleuderring der Dichtungsanordnung ausbildet oder aufweist. Dies ist vorteilhaft, da Schleuderringe ohnehin bewegt werden müssen, um eine Aktive Abschleuderung von Spritzwasser zu erzielen. Dabei kann die Stirnverzahnung aus einem Elastomer gebildet sein und einem aus Metall gefertigtem Luftleitflügel gegenüberliegen.
Vorteilhafterweise weist Wälzlager wenigstens eine erfindungsgemäße Dichtungsanordnung auf, kann grundsätzlich aber auch mehrere aufweisen, wobei der Laufleitring oder der stirnverzahnte Ring andere Funktionen inne haben kann, wie zum Beispiel die der Abstandhaltung zwischen vorgespannten Komponenten oder der Installationsunterstützung.
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 stirnverzahnten Ring der Luftkühlanordnung aus 2,
2 eine Luftkühlanordnung des Kugellagers aus 3,
3 Kugellager mit erzwungener Luftkühlung bei Drehbetrieb,
4 einen stirnverzahnten Ring der Luftkühlanordnung aus 5,
5 eine Luftkühlanordnung des Kugellagers aus 6,
6 Kugellager für Achsanwendungen mit erzwungener Luftkühlung bei Drehbetrieb,
7 einen stirnverzahnten Ring der Luftkühlanordnung aus 8,
8 eine Luftkühlanordnung des Kugellagers aus 9a,
9a Kugellager mit erzwungener Luftkühlung bei Drehbetrieb,
9b eine Dichtungsanordnung des Kugellagers aus 9,
10 einen stirnverzahnten Ring der Luftkühlanordnung aus 11,
11 eine Luftkühlanordnung des Radlagers aus 12a,
12a Radlager mit erzwungener Luftkühlung bei Drehbetrieb,
12b eine Dichtungsanordnung des Radlagers aus 12a,
13 einen ersten Luftleitring,
14 einen zweiten Luftleitring, und
15 einen dritten Luftleitring.
Ausführungsbeispiel Beschreibung der Zeichnungen
1 bis 3 zeigen ein Kugellager für eine Welle mit Luftkühlung. Der stirnverzahnte Ring 12 weist eine aus einem Elastomer ausgebildete Stirnverzahnung mit axial ausgerichteten Zähnen 10 und Zahnzwischenräumen 11 auf. Die Stirnverzahnung ist damit sowohl mit der axialen Dichtlippe 14, als auch mit der radialen Dichtlippe 13 einstückig ausgeführt. Die Dichtlippen 13, 14 liegen beide am als Schleuderblech ausgebildeten Luftleitring 15 an, welches axial zur Stirnverzahnung angeordnet ist und einen axialen Luftaustausch durch die Stanzlöcher 16 zulässt.
Vorteilhafterweise ist die Stirnverzahnung radial und axial zum Luftleitring 15 angeordnet und ist somit platzsparend, wobei auch radial außenliegend besonders viel Oberfläche zur Kühlung vorgesehen ist. idealerweise wird der Luftleitring 15 von der Stirnverzahnung radial umfasst, womit die gezeigte Dichtungsanordnung als Kassettendichtung leicht handhabbar ist und als Ganzes eingepresst werden kann.
4 bis 6 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel eines luftgekühlten Kugellagers für Achsantriebe.
Es ergeben sich die gleichen Wirkzusammenhänge wie bereits im ersten Ausführungsbeispiel, wobei die Dichtungsanordnung keine Kassettensichtung ist und radial vom Außenring des Lagers nicht, beziehungsweise nur teilweise umfasst wird.
7 bis 9 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel eines Wälzlagers, welches radial über der Luftkühlungsanordnung einen Freiraum aufweist, um zusätzlich eine Luftbewegung, hauptsächlich in axialer Richtung zu unterstützen.
Wie bereits in den vorherigen Ausführungsbeispielen gezeigt, sind am Elastomer des stirnverzahnten Ringes 72 sowohl die Stirnverzahnung, als auch die Dichtlippen 73, 74, 78 ausgebildet. Die Zähne 70 liegen axial den Stanzlöchern 75 des Luftleitrings 75 gegenüber.
10 bis 12 zeigen ein Radlager mit erzwungener Luftkühlung, bei dem die Luftkühlungsanordnung mit einer Kassettendichtung ausgeführt ist. Der als Schleuderring ausgeführte Luftleitring 115 ist auf dem Innenring 22 der Radnabe mittels Presssitz befestigt und bewegt sich axial über die Stirnverzahnung 110, 111 des stirnverzahnten Rings 112.
Besonders vorteilhaft ist, dass der Luftstrom durch die Stanzlöcher 116 in einer axial entgegengesetzten Richtung fließt, als der Luftstrom, der radial außen am Luftleitring 115 vorbeifließt. Dabei handelt es sich um den Gegenstrom zum Luftstrom durch die Stanzlöcher 116. Die Ausbildung der zugehörigen Luftleitflügel und die Drehrichtung legt die Richtung beider Luftströme fest.
Der stirnverzahnte Ring 110 ist am feststehenden Außenring 21 fest, der in einen nicht abgebildeten Radträger einpressbar ist.
13 bis 15 zeigen Luftleitringe 123, 135, 145 deren Luftleitflügel 124, 134, 144 entsprechend den aerodynamischen Anforderungen während des Stanzprozesses ausgebildet wurden.
Es ist zu erkennen, dass die Luftleitflügel 124, 134, 144 aus dem Material des jeweiligen Luftleitringes 123, 135, 145 gebildet sind. Dabei gehen diese an der Stanzlochbegrenzungslinie 127 in den Luftleitring 123 über.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung Luftkühlungsanordnung mit einem in Umfangsrichtung angeordneten, in axialer Richtung in Bezug zu einer Drehachse orientierte Stanzlöcher aufweisenden Luftleitring. Ferner betrifft die Erfindung eine Dichtungsanordnung mit einer derartigen Luftkühlungsanordnung, die zur Abdichtung eines Wälzlagers einsetzbar ist. Es wird angegeben, wie die Kühlleistung eines Luftleitringes mittels einer Oberflächenvergrößerung eines stirnverzahnten Ringes bewerkstelligt werden kann. Dank des gegenüber dem stirnverzahnten Ring drehbaren Luftleitrings wird eine Luftumwälzung erreicht, die von den Luftleitflügeln stimuliert wird, indem diese abwechselnd über die Stirnverzahnung bewegt werden und den Luftdruck in den Zahnzwischenräumen abwechselnd erhöhen und absenken. Dadurch kommt ein Luftstrom zustande, der über die gesamte Oberfläche, inklusive der Zahnkronen, der Zahnflanken und Zahntälern, streicht und effektiver kühlt.
Bezugszeichenliste

10: Zahn
12: stirnverzahnter Ring
14: axiale Dichtlippe
16: Stanzloch
20: Wälzkörper
22: Innenring
40: Zahn
42: stirnverzahnter Ring
44: axiale Dichtlippe
46: Stanzloch
70: Zahn
72: stirnverzahnter Ring
74: äußere, radiale Dichtlippe
76: Stanzloch
110: Zahn
112: stirnverzahnter Ring
114: axiale Dichtlippe
116: Stanzloch
123: Luftleitring
125: zylindrisches Befestigungsteil
127: Stanzlochbegrenzungslinie
134: Luftleitflügel
136: Stanzloch
144: Luftleitflügel
146: Stanzloch
D: Drehachse
11: Zahnzwischenraum
13: radiale Dichtlippe
15: Luftleitring
21: Außenring
41: Zahnzwischenraum
43: radiale Dichtlippe
45: Luftleitring
71: Zahnzwischenraum
73: innere, radiale Dichtlippe
75: Luftleitring
78: federbelastete Dichtlippe
111: Zahnzwischenraum
113: radiale Dichtlippe
115: Luftleitring
124: Luftleitflügel
126: Stanzloch
135: Luftleitring
145: Luftleitring

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

UK 2123498 A [0002]

Claims

Luftkühlungsanordnung mit einem in Umfangsrichtung angeordnete, in axialer Richtung in Bezug zu einer Drehachse (D) orientierte Stanzlöcher (16, 46, 76, 116, 126, 136) aufweisenden Luftleitring (15, 45, 75, 115, 123, 135, 145), wobei die Stanzlöcher (16, 46, 76, 116, 126, 136) zumindest teilweise in axialer Richtung mittels Luftleitflügel (124, 134, 144) abgedeckt sind und die Luftleitflügel (124, 134, 144) jeweils an einer Stanzlochbegrenzungslinie (127) in den Luftleitring (15, 45, 75, 115, 123, 135, 145) übergehen, wobei die Luftkühlungsanordnung einen stirnverzahnten Ring (12, 42, 72, 112) mit einer axial orientieren Stirnverzahnung (10, 11; 40, 41; 70, 71; 110, 111) aufweist und beide Ringe (12, 15, 42, 45, 75, 72, 115, 123, 135, 145) sowohl axial zueinander angeordnet und relativ zueinander drehbar sind.
Luftkühlungsanordnung nach Anspruch 1, wobei sich die Luftleitflügel (124, 134, 144) zumindest teilweise oder ganz zwischen der Stirnverzahnung (10, 11; 40, 41; 70, 71; 110, 111) und dem Luftleitring (15, 45, 75, 115, 123, 135, 145) erstrecken.
Luftkühlungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Zähne (10, 40, 70) der Stirnverzahnung (10, 11) den Luftleitring (15) axial und radial abdecken.
Luftkühlungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die Luftleitflügel (124, 134, 144) bei einer Drehung des Luftleitrings (15, 45, 75, 115, 123, 135, 145) relativ zum stirnverzahnten Ring (12, 42, 72, 112) axial über Zahnzwischenräume (11, 41, 71) der Stirnverzahnung (10, 11; 40, 41; 70, 71; 110, 111) bewegen.
Dichtungsanordnung, insbesondere Kassettensichtung, mit einer Luftkühlungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der stirnverzahnte Ring (12, 42, 72, 112) einen Dichtring der Dichtungsanordnung und der stirnverzahnte Ring (12, 42, 72, 112) einen Schleuderring der Dichtungsanordnung ausbildet oder aufweist.
Wälzlager mit einer Dichtungsanordnung nach Anspruch 5.