DE102011079988A1

DE102011079988A1 - Mehrreihiges Wälzlager, insbesondere Rollenlager

Info

Publication number: DE102011079988A1
Application number: DE102011079988A
Authority: DE
Inventors: Felix Hofbauer; Rolf Fleischhauer; Tim Lüken
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-07-28
Filing date: 2011-07-28
Publication date: 2013-01-31

Abstract

Mehrreihiges Wälzlager, insbesondere Rollenlager, umfassend einen Innenring, einen Außenring sowie wenigstens zwei, gegebenenfalls jeweils käfiggeführte, Wälzkörperreihen, zwischen denen eine ringförmige schwimmende Bordscheibe angeordnet ist, wobei die Bordscheibe (8) aus einem Kunststoffring (9) besteht.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein mehrreihiges Wälzlager, insbesondere ein Rollenlager, vornehmlich ein Pendelrollenlager, umfassend einen Innenring, einen Außenring sowie wenigstens zwei, gegebenenfalls jeweils käfiggeführte, Wälzkörperreihen, insbesondere Rollenreihen, zwischen denen eine ringförmige schwimmende Bordscheibe angeordnet ist.
Hintergrund der Erfindung
Mehrreihige Wälzlager sind in unterschiedlicher Ausführungsform bekannt. Häufig handelt es sich um Rollenlager, bei denen also die Wälzkörper Rollen sind, wobei eine besondere Ausführungsform eines solchen Rollenlagers ein Pendelrollenlager ist, bei dem eine Verschwenkbewegung des Außenrings relativ zum Innenring und damit auch den Pendelrollenreihen selbst gegeben ist.
Die Wälzkörper sind üblicherweise in einem Käfig gehaltert. Zur Führung des Käfigs respektive der Rollen ist es bekannt, einen Mittelbord vorzusehen, der zwischen den Wälzkörperreihen angeordnet ist. Neben der Ausbildung eines festen Mittelbords, der üblicherweise unmittelbar integral aus dem Vollmaterial des Innenrings ausgebildet ist, ist es auch bekannt, als Mittelbord eine schwimmende Bordscheibe zwischen zwei Wälzkörperreihen anzuordnen, die die Führungskomponente bildet. Diese schwimmende Bordscheibe kann entweder am Innenring aufgelagert sein und sich radial nach außen erstrecken, wo sie vom Käfig übergriffen ist, alternativ kann sie sich auch am Außenring abstützen und sich radial nach Innen in Richtung des Käfigs erstrecken.
Solche schwimmenden Bordscheiben sind aus Stahl gefertigt, entweder als Vollmaterialbauteil oder aus einem entsprechenden geformten Rohr, also als hohles Bauteil. Wenngleich mit einer solchen metallischen Bordscheibe eine gute Rollen- beziehungsweise Käfigführung gegeben ist, ist die Herstellung der Bordscheibe aus Stahl doch mit beachtlichen Herstellkosten verbunden, sowohl was das Material als auch den Fertigungsprozess angeht. Darüber hinaus ist, insbesondere bei einer Vollmaterialausführung, eine hohe bewegte Masse mit der Bordscheibe gegeben, die zwangsläufig bei einer Lagerbewegung ebenfalls bewegt wird. Auch ist eine erhöhte Reibung zwischen der aus Stahl gefertigten Bordscheibe und den ebenfalls aus Stahl gefertigten Wälzkörpern und dem gegebenenfalls ebenfalls aus Stahl gefertigten Käfig gegeben. Auch kann es zu Geräuschen während des Lagerbetriebs kommen, wie auch insbesondere geschlossene Hohlkörper nicht kostengünstig hergestellt werden können. Bei Bordscheiben, die nicht als einstückiges Bauteil ausgeführt sind, sondern aus mehreren sich zur Ringform ergänzenden Scheibensegmenten bestehen, besteht ferner das Problem, dass die definierte Ausbildung der aneinandergrenzenden Enden der Führungssegmente nur schwer umsetzbar ist, so dass es in diesem Bereich mitunter zur Gefahr eines Verklemmens der Segmente zwischen den Rollenreihen respektive am Käfig kommen kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein mehrreihiges Wälzlager anzugeben, das demgegenüber verbessert ist.
Zur Lösung dieses Problems ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Bordscheibe aus einem Kunststoffring besteht.
Bei dem erfindungsgemäßen Wälzlager ist die Bordscheibe mittels eines Kunststoffrings gebildet, was in mehrerlei Hinsicht vorteilhaft ist. Zum einen ist die Herstellung einfach, da ein solches Kunststoffbauteil auf einfache Weise in einem Spritzgussverfahren gefertigt werden kann. Darüber hinaus ist der zu verwendende Kunststoff ein sehr günstiges Material, so dass sich insgesamt die Herstellkosten beachtlich verringern lassen. Weiterhin ist die Bordscheibe auch wesentlich leichter als eine aus Stahl gefertigte Scheibe, so dass die zu bewegende Masse ebenfalls abnimmt, wie auch eine reduzierte Reibung gegeben ist, da hier kein Stahl-Stahl-Kontakt mehr gegeben ist. Darüber hinaus kann die Form respektive Geometrie des Kunststoffrings auch hochgenau durch Spritzgießen gefertigt werden, da das Kunststoffbauteil aus einem fluiden Kunststoffmaterial in einer Spritzgießform gefertigt wird, mithin also nicht einem Umformvorgang unterliegt. Diese Vorteile sind sowohl bei Fertigung des Kunststoffrings in Form eines einstückigen Ringbauteils gegeben, wie auch bei einer Ausbildung des Kunststoffrings aus mehreren sich zu einem geschlossenen Ring ergänzenden Ringsegmenten, bei welcher Ausgestaltung also mehrere separate Ringsegmente im Spritzgießverfahren gefertigt werden, die sich in der Montagestellung sodann zu dem geschlossenen Kunststoffring ergänzen. Insbesondere können hier die Enden hochgenau gefertigt werden, so dass sich in der Montagestellung in diesem Bereich keinerlei Unregelmäßigkeiten ergeben, die in irgend einer Form die Beweglichkeit beeinflussen könnten.
Der Kunststoffring oder die Ringsegmente können entweder aus Vollmaterial gefertigt sein oder innen hohl ausgeführt werden, wobei sich in Folge der Kunststoffausführung und insbesondere der Herstellung als Spritzgussbauteil auch eine komplett, also allseitig geschlossene hohle Struktur erzielen lässt. Die Ringsegmente können an ihren Stirnflächen geschlossen oder offen sein, so dass sich entweder eine mehrere, der Segmentanzahl entsprechende Hohlräume aufweisende Ringform ergibt, oder eine ebenfalls durchgehen hohle Struktur. Die Möglichkeit, den Kunststoffring oder die Ringsegmente hohl auszuführen, bietet darüber hinaus den Vorteil, diesen Hohlraum beispielsweise als Schmiermittelreservoir zu nutzen, mithin also mit einem Schmiermittel zu füllen, das beispielsweise über kleine Durchbrechungen in der Ringwand im Laufe der Zeit austreten kann. Denkbar ist es aber auch, beispielsweise ein Sensorbauteil in diesem Hohlraum anzuordnen, über das entsprechende, vom Sensortyp abhängige Informationen betreffend den Betrieb des Lagers abgegriffen werden können.
Wie beschrieben wird der Kunststoffring respektive die Ringsegmente als Spritzgussbauteil ausgeführt. Verwendet werden kann letztlich jeder Kunststoff, der sich auf entsprechende Weise verarbeiten lässt, und der insbesondere die entsprechenden mechanischen Eigenschaften aufweist, die an die fertige Bordscheibe gesetzt werden. Ein besonders zweckmäßiger Werkstoff ist Polyamid, beispielsweise PA66GF25, insbesondere PA66GB.
Eine besonders zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung sieht vor, den Kunststoffring oder die Ringsegmente zumindest an den zu den Wälzkörperreihen weisenden Seiten mit einer dünnen Metallschicht, die vornehmlich eine Dicke von ca. 5–500 µm aufweisen sollte, zu versehen. Der Kunststoffring respektive das jeweilige Kunststoffsegment dient dann quasi als Kern, auf den zumindest an den beiden Seiten, gegebenenfalls aber auch allseitig, die Metallschicht aufgebracht ist. Diese Metallschicht kann zur Verbesserung der mechanischen Festigkeit und Formstabilität dienen, darüber hinaus kann eine solche Metallschicht aber auch günstigere Gleiteigenschaften verleihen, mithin also die geringe Reibung noch weiter reduzieren, die zwischen den Rollen und der Bordscheibe gegeben ist, wie auch entsprechende Laufgeräusche noch weiter verringert werden können.
Die Aufbringung der Metallschicht erfolgt in einem geeigneten Beschichtungsverfahren, beispielsweise galvanisch, im Sol-Gel-Verfahren, durch Spincoating, durch CVD oder PVD. Es bildet sich eine hochfeste, eigenstabile Metallschicht aus, deren Schichtdicke wie beschrieben im Bereich von ca. 5–500 µm liegt, im Einzelfall aber auch etwas außerhalb dieses Bereichs liegen kann. Die hohe mechanische Festigkeit dieser dünnen Schicht wird über die Korngröße eingestellt, die im Mittel < 500 nm ist. Als mögliche Metallbeläge, die auf einfache Weise abgeschieden werden können, sind Ni, Fe, Co, Al, Cu, Ti respektive entsprechende Legierungen eines dieser Elemente zu nennen. Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigt:
1 eine Teilansicht eines erfindungsgemäßen Wälzlagers in Form eines Pendelrollenlagers mit einer Bordscheibe einer ersten Ausführungsform,
2 eine vergrößerte Detailansicht aus 1,
3 eine Ansicht entsprechend 2 mit einer zweiten Ausführungsform einer Bordscheibe,
4 eine Ansicht entsprechend 1 mit einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bordscheibe,
5 eine Teilansicht eines erfindungsgemäßen Wälzlagers einer zweiten Ausführungsform im Schnitt,
6 eine vergrößerte Detailansicht aus 5, und
7 eine Ansicht entsprechend 6 mit einer weiteren Ausführungsform einer Bordscheibe.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt in Form einer Teilansicht im Schnitt ein erfindungsgemäßes mehrreihiges Wälzlager 1 hier in Form eines zweireihigen Pendelrollenlagers 2, bestehend aus einem Innenring 3, einem Außenring 4 sowie zwei Pendelrollenreihen 5, jeweils bestehend aus einer Vielzahl einzelner Rollen 6, die in einem jeweiligen Käfigh 7 in an sich bekannter Weise gehaltert sind. Aufgrund der gewölbten Form der Lauffläche des Außenrings 4 ist eine Verschwenkung des Außenrings 4 relativ zum Innenring 3 respektive den Pendelrollenreihen 5 möglich. Der Aufbau und die Funktionsweise eines solchen Pendelrollenlagers ist hinlänglich bekannt.
Zwischen den beiden Rollenreihen 5 ist, am Innenring aufgelagert, eine schwimmende Bordscheibe 8 angeordnet, die im Querschnitt trapezförmig ist. Die Bordscheibe 8 besteht, siehe die vergrößerte Ansicht gemäß 2, aus einem Kunststoffring 9, also einem einstückigen, geschlossenen Ringbauteil, das sich um 360° erstreckt. Bereits an dieser Stelle sei darauf hingewiesen – entsprechendes gilt für alle nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele – dass die Bordscheibe 8 auch aus mehreren sich zu einer geschlossenen Ringform ergänzenden Ringsegmenten bestehen kann, die einzeln zur Bildung der Bordscheibe positioniert werden. Beispielsweise können zwei Ringsegmente à 180°, drei Ringsegmente à 120° oder vier Ringsegmente à 90° vorgesehen werden. Im Folgenden sei jedoch bezüglich der beschriebenen Ausführungsbeispiele von einem einstückigen Ringbauteil ausgegangen.
Der Kunststoffring 9 kann als einfaches Spritzgussbauteil in einem entsprechenden Spritzgießverfahren unter Verwendung einer geeigneten Form hergestellt werden, so dass es sich um einen seiner Geometrie hochpräzises Bauteil handelt. Bevorzugt wird hierzu ein Polyamid, insbesondere PA66GB verwendet.
Der Kunststoffring 9 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel an allen seinen Seitenflächen, also sowohl den Seitenflächen, die an den Seitenflächen der Rollen 6 anliegen und in Laufkontakt stehen, wie auch den beiden Seitenflächen, die am Innenring 3 respektive den Käfigen 7 anliegen, mit einer dünnen Metallschicht 10 versehen, der in einem geeigneten Abscheideverfahren, beispielsweise CVD oder PVD oder dergleichen, abgeschieden wurde. Die Schichtdicke der Metallschicht liegt im Bereich von 5–500 µm. Als Schichtmaterialien können Ni, Co, Fe, Ag, Ti oder Cu respektive Legierungen eines oder mehrer dieser Elemente verwendet werden. Diese Materialien wirken festigkeitssteigernd, wie sie in der Regel auch günstigere Gleiteigenschaften verleihen, was insbesondere für Ni gilt.
Eine weitere Ausführungsform einer Bordscheibe 8 zeigt 3, wobei für gleiche Bauteile gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Auch hier kommt ein Kunststoffring 9 zum Einsatz, der jedoch einen Hohlraum 11 aufweist, mithin also innen hohl ist, wobei es sich um einen geschlossenen Hohlkörper handelt. In diesem Hohlkörper ist im gezeigten Beispiel ein Schmiermittel 12, beispielsweise ein Fett oder ein Öl, eingebracht, das aus dem Hohlraum 11 über geeignete, hier nicht näher gezeigte, sehr kleine Öffnungen austreten kann und der Schmierung der Wälzlagerbauteile dient. Alternativ kann in den Hohlraum 11 auch ein Sensorelement oder Ähnliches eingebracht werden, das heißt, dass der Hohlraum aktiv genutzt werden kann. Vorgesehen ist hier wiederum eine Metallschicht 10, die auch hier allseitig aufgebracht ist, jedoch – Entsprechendes gilt für 2 – auch nur an den Seiten, die zu den Rollen 6 weisen, aufgebracht sein kann.
Da die Metallschicht 10 lediglich optional ist, besteht also die Möglichkeit, bei den Ausführungsbeispielen gemäß der 2 und 3 keine Metallschicht 10 vorzusehen. Ein Beispiel einer solchen Bordscheibe 8, die der aus 2 entspricht, ist in 4 gezeigt. Die Bordscheibe 8 besteht wiederum aus einem Kunststoffring 9, der hier jedoch keine Metallschicht 10 aufweist, das heißt, dass die Rollen 6 unmittelbar an dem Kunststoffring 9 anliegen. Dieser Kunststoffring 9 kann natürlich, entsprechend 3, auch hohl ausgeführt sein.
Eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wälzlagers 1, wiederum in Form eines Pendelrollenlagers 2, ist in 5 gezeigt. Der Aufbau entspricht dem Pendelrollenlager aus 1, ebenfalls bestehend also aus einem Innenring 3, einem Außenring 4 sowie den beiden Wälzkörperreihen 5 bestehend aus den jeweils mehreren Rollen 6, die jeweils in einem Käfig 7 gehaltert sind.
Auch hier ist eine Bordscheibe 8 vorgesehen, die sich hier jedoch am Außenring 8 abstützt und sich nach innen in Richtung der Käfig 7 erstreckt. Auch diese Bordscheibe 8 weist, siehe die vergrößerte Darstellung gemäß 6, eine Trapezform auf, ihre Ausgestaltung entspricht letztlich in allen möglichen Varianten der, wie sie bezüglich der verschiedenen Ausführungen gemäß den 2–4 beschrieben ist, lediglich ist sie an anderer Stelle zwischen den Rollenreihen positioniert.
6 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Bordscheibe 8, die wiederum aus einem geschlossenen, einstückigen Kunststoffring 9 besteht, der auch hier allseitig mit einer Metallschicht 10, die der Metallschicht 10, wie sie zuvor beschrieben ist, entspricht, belegt ist. Auch hier kann der Belag nur an den beiden zu den Rollen 6 weisenden Seiten vorgesehen sein, wenngleich er hier allseitig gezeigt ist.
7 zeigt eine Ausführungsform der Bordscheibe 8, die der gemäß 2 entspricht. Der Kunststoffring 9 weist hier ebenfalls einen Hohlraum 11 auf, der wiederum mit einem Schmiermittel 12 gefüllt ist, mithin also als Schmiermittelreservoir dient, welche Schmiermittel über nicht näher gezeigte Öffnungen im Laufe der Zeit austreten kann.
Auch hier ist wiederum die Metallbeschichtung 10 vorgesehen, die wie ausgeführt optional ist, das heißt, dass die in den 6 und 7 gezeigten Kunststoffringe 9 auch völlig unbeschichtet verwendet werden können.
Abschließend nochmals der Hinweis, dass zu allen möglichen Ausführungsbeispielen optional der Kunststoffring 9 auch aus mehreren einzelnen Ringsegmenten, die sich zu einer 360°-Ringform in der Montagestellung ergänzt, gefertigt sein kann. Jedes Ringsegment besteht also aus einem Kunststoffkörper, der optional, vorzugsweise allseitig, mit der Metallschicht 10 belegt sein kann. Jedes Ringsegment kann also Vollkörper oder als Hohlkörper ausgeführt sein, wobei sich die einzelnen Hohlräume in der Montagestellung ergänzen können, aber auch über entsprechende Stirnwände jeweils vollkommen geschlossen sein können.
Bezugszeichenliste

1: Wälzlager
2: Pendelrollenlager
3: Innenring
4: Außenring
5: Pendelrollenreihe
6: Rolle
7: Käfig
8: Bordscheibe
9: Kunststoffring
10: Metallschicht
11: Hohlraum
12: Schmiermittel

Claims

Mehrreihiges Wälzlager, insbesondere Rollenlager, umfassend einen Innenring, einen Außenring sowie wenigstens zwei, gegebenenfalls jeweils käfiggeführte, Wälzkörperreihen, zwischen denen eine ringförmige schwimmende Bordscheibe angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bordscheibe (8) aus einem Kunststoffring (9) besteht.
Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffring (9) ein einstückiges Ringbauteil ist, oder dass der Kunststoffring (9) aus mehreren sich zu einem geschlossenen Ring ergänzenden Ringsegmenten besteht.
Wälzlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffring (9) oder die Ringsegmente aus Vollmaterial oder innen hohl ist oder sind.
Wälzlager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem hohlen Kunststoffring (9) oder den Ringsegmenten ein Schmiermittelreservoir (12) oder ein Sensorbauteil vorgesehen ist.
Wälzlager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffring (9) oder ein Ringsegment ein Spritzgussteil ist.
Wälzlager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffring (9) oder ein Ringsegment aus Polyamid ist.
Wälzlager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffring (9) oder ein Ringsegment zumindest an den zu den Wälzkörperreihen (5) weisenden Seiten eine Metallschicht (10) aufweist.
Wälzlager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffring (9) oder ein Ringsegment allseitig mit der Metallschicht (10) versehen ist.
Wälzlager nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht (10) eine Dicke von 5–500 µm aufweist.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht (10) aus Ni, Fe, Co, Al, Cu oder Ti, oder einer Legierung eines dieser Elemente ist.