DE102012215747A1 - Rolling bearing e.g. clutch release bearing has rings and abutment element which are connected with contact portion, and coefficient of thermal expansion material having layers is different from ring fixed with sealing element - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Wälzlager, insbesondere ein Ausrücklager, umfassend zwei Ringe und zwischen den Ringen abwälzende Wälzkörper, wobei in der Montagestellung der eine Ring relativ zum anderen, meist stehenden Ring dreht, sowie wenigstens ein Dichtelement zum berührenden Abdichten eines zwischen den Ringen gegebenen Spalts.The invention relates to a rolling bearing, in particular a release bearing, comprising two rings and rolling elements rolling rolling between the rings, wherein in the mounting position of a ring rotates relative to the other, usually stationary ring, and at least one sealing element for contact sealing a given between the rings gap.
Wälzlager, seien es Radiallager oder Axiallager, sind häufig fettgeschmiert, wobei je nach Einbauort die Möglichkeit der Nachschmierung nicht gegeben ist. Deshalb ist zur Vermeidung eines Fettaustritts das Wälzlager entsprechend abzudichten, wozu wenigstens ein Dichtelement, mitunter aber auch zwei Dichtelemente, vorgesehen sind, die als berührende Dichtelemente den Spalt zwischen den beiden Ringen abdichten. „Berührend“ heißt hierbei, dass das Dichtelement in Kontakt zum gegenüberliegenden Ring steht, wobei dieser Kontakt über eine entsprechende Überdeckung sichergestellt ist. „Überdeckung“ heißt in diesem Fall, dass der Durchmesser des Dichtelements im Bereich des Dichtrandes immer etwas größer oder kleiner ist als der Durchmesser des Ringes, an dem das Dichtelement anliegt, so dass das Dichtelement mit einer gewissen Vorspannung am Ring anliegt. Diese Überdeckung, also der Durchmesserunterschied, liegt im Bereich weniger µm bis Zehntel Millimeter. Rolling bearings, whether radial bearings or thrust bearings, are often grease-lubricated, with the possibility of relubrication not being given depending on the installation location. Therefore, to prevent grease leakage, the rolling bearing must be sealed accordingly, for which purpose at least one sealing element, but sometimes also two sealing elements, are provided which seal the gap between the two rings as contacting sealing elements. "Touching" means in this case that the sealing element is in contact with the opposite ring, wherein this contact is ensured by a corresponding overlap. "Overlapping" means in this case that the diameter of the sealing element in the region of the sealing edge is always slightly larger or smaller than the diameter of the ring against which the sealing element, so that the sealing element rests with a certain bias on the ring. This overlap, so the difference in diameter, is in the range of a few microns to tenths of a millimeter.
Dabei sind unterschiedliche Varianten einer derartigen Dichtungsausführung bekannt. Die erste Ausgestaltung ist konstruktiv durch eine „feste“ Dichtungsüberdeckung zwischen der Dichtlippe des Dichtelements, also des eigentlichen Dichtabschnitts, und dem kontaktierten Ring (Außen- oder Innenring im Falle des Wälzlagers oder ein gegenüberliegender Ring eines Axiallagers) gekennzeichnet. Diese „feste“ Überdeckung kann aufgrund der Fertigungstoleranzen von Dichtung und Ring unter Umständen deutlich streuen. Die Anbringung der berührenden Dichtung kann prinzipiell sowohl am stehenden Ring als auch am drehenden Ring erfolgen. Nachteilig hierbei ist, dass bei fettgeschmierten Wälzlagern, seien es Axiallager oder Radiallager, vor allem in der Einlaufphase die Lagertemperatur einen kritischen Wert annehmen kann, abhängig vom Einsatzbereich, dem Belastungskollektiv und den gewählten Lagerwerkstoffen. Überschreitet die Lagertemperatur diesen kritischen Wert, kann es zu irreversiblen Schäden oder zum Ausfall des Lagers kommen (z. B. können Kunststoffkäfige/-Anbauteile und Dichtungen schmelzen, das Schmierfett wird geschädigt etc.), bis hin zum Systemausfall. Dies führt dazu, dass die Dichtungsüberdeckung durch Modifikation des Rings und/oder der Dichtung reduziert wurde, was jedoch nicht beliebig möglich ist, da ansonsten die Abdichtfunktion nicht mehr zuverlässig gegeben ist. Alternativ dazu wurde versucht, die vorhandenen Werkstoffe durch andere, jedoch dann teurere zu ersetzen. Different variants of such a seal design are known. The first embodiment is structurally characterized by a "solid" sealing overlap between the sealing lip of the sealing element, ie the actual sealing section, and the contacted ring (outer or inner ring in the case of the rolling bearing or an opposing ring of a thrust bearing). Under certain circumstances, this "solid" overlap can spread significantly due to the manufacturing tolerances of the seal and ring. The attachment of the contacting seal can be done in principle both the stationary ring and the rotating ring. The disadvantage here is that in grease-lubricated bearings, whether thrust bearings or radial bearings, especially in the run-in phase, the storage temperature can assume a critical value, depending on the application, the load collective and the selected bearing materials. If the storage temperature exceeds this critical value, irreparable damage or failure of the bearing can occur (eg plastic cages / components and seals may melt, the grease may be damaged, etc.), including system failure. As a result, the sealing coverage has been reduced by modification of the ring and / or the seal, but this is not possible at will, since otherwise the sealing function is no longer reliable. Alternatively, attempts have been made to replace existing materials with others, but more expensive ones.
Eine zweite, grundsätzliche konstruktive Ausgestaltung ist eine „drehzahlvariable“ Dichtungsüberdeckung zwischen der Dichtlippe, also dem Dichtelement und dem kontaktierten Ring, sei es ein Außen- oder ein Innenring oder ein Axiallagerring. Das Prinzip dieser Ausgestaltung ist, dass sich die Dichtungsüberdeckung in Abhängigkeit der Drehzahl theoretisch stufenlos einstellen lässt. Dabei ist es zwingend erforderlich, dass das Dichtelement an dem drehenden Ring befestigt wird, da die Drehzahl bzw. die daraus resultierende Fliehkraft als Regelparameter für die drehzahlabhängige Geometrieänderung des Dichtelements fungiert. Die Dichtungsform ist so gewählt, dass ein „Hebelarm“ gegeben ist, an dem die Fliehkraft angreifen kann. Im Stillstand, wenn also der Ring nicht dreht, liegt eine konstruktiv gewählte Anfangsüberdeckung vor. Mit zunehmender Drehzahl erhöht sich die am „Hebelarm“ angreifende Fliehkraft und reduziert so die Dichtungsüberdeckung stetig. Dieser Vorgang ist reversibel, das heißt mit abnehmender Drehzahl erhöht sich die Dichtungsüberdeckung entsprechend wieder. A second, fundamental structural design is a "speed variable" sealing overlap between the sealing lip, so the sealing element and the contacted ring, be it an outer or an inner ring or a thrust bearing. The principle of this design is that the seal overlap can be adjusted theoretically infinitely variable depending on the speed. It is imperative that the sealing element is attached to the rotating ring, since the speed or the resulting centrifugal force acts as a control parameter for the speed-dependent change in geometry of the sealing element. The seal shape is chosen so that a "lever arm" is given, on which the centrifugal force can attack. At rest, so if the ring does not rotate, there is a structurally selected initial coverage. As the speed increases, the centrifugal force acting on the "lever arm" increases, thus steadily reducing the sealing overlap. This process is reversible, that is, with decreasing speed increases the seal coverage accordingly again.
Zwar lässt sich infolge der drehzahlabhängigen Überdeckungsänderung die Reibleistung im Kontaktbereich zwischen dem Dichtelement und dem kontaktierten Ring drehzahlabhängig variieren, mithin also mit zunehmender Drehzahl aufgrund der abnehmenden Überdeckung reduzieren, so dass sie insgesamt auf einem akzeptablen Niveau gehalten werden kann, weshalb auch die Eigenerwärmung des fettgeschmierten Lagers theoretisch soweit reduziert werden kann, dass die Lagertemperatur einen kritischen Wert nicht überschreitet und es demzufolge nicht zu Lagerschäden oder einem Systemausfall kommt. Jedoch hat sich in der Praxis herausgestellt, dass auch diese Dichtungsvariante ihren Zweck nicht zuverlässig erfüllt und insbesondere in der Einlaufphase eine starke Eigenerwärmung festgestellt wurde, wie auch die „theoretische Hebelwirkung“, die ausschlaggebend für die Funktion der drehzahlabhängigen Überdeckungsvariation ist, nicht in jedem Fall ideal funktioniert. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Anfangsüberdeckung zu hoch gewählt sein kann, dass die Hebellänge an dem Dichtelement nicht ausreichend ist, oder dass die Steifigkeit des Dichtungselements zu groß ist. Although the frictional power in the contact region between the sealing element and the contacted ring can vary as a function of speed as a result of the speed-dependent overlap change, that is to say it can be reduced with increasing speed due to the decreasing overlap, so that it can be kept at an acceptable level overall, which is why the self-heating of the grease-lubricated one Theoretically, the bearing can be reduced to such an extent that the bearing temperature does not exceed a critical value and, as a result, there is no bearing damage or system failure. However, it has been found in practice that this seal variant does not reliably fulfill its purpose and in particular in the run-in phase a strong self-heating was found, as well as the "theoretical leverage", which is crucial for the function of the speed-dependent overlap variation, not in every case ideally works. This is because the initial overlap may be set too high, that the lever length on the seal member is insufficient, or that the rigidity of the seal member is too large.
Jedes fettgeschmierte Wälzlager weist unabhängig vom gewählten Dichtungsprinzip ein bestimmtes Eigenerwärmungsverhalten auf. Die Einflussgrößen sind vielfältig und deren Beeinflussung teilweise komplex (Rollreibungs-/ Gleitreibungsanteile, Schmierstoffreibung, Belastungskollektiv). In der Einlaufphase kommen auch komplexe Reibungsanteile durch die Fettverteilungsarbeit und den Einlaufverschleiß (z. B.: Wälzkörper, Laufbahnen) hinzu, so dass die Einlaufphase in der Regel den größten Eigenerwärmungsanteil aufweist. Werden berührende Dichtungselemente verwendet, kommt ein weiterer signifikanter Eigenerwärmungsanteil durch den tribologischen Reibkontakt zwischen Dichtlippe und berührendem Ring hinzu, der neben der Dichtungsüberdeckung vor allem von der Drehzahl und dem verwendeten Dichtungswerkstoff abhängt. Bei den bislang eingesetzten berührenden Dichtungsvarianten für solche Wälzlager, wie oben ausgeführt, kann die Dichtungsreibung in Abhängigkeit des Belastungskollektivs nicht zuverlässig beeinflusst werden, weshalb es zu den eingangs geschilderten Problemen kommt. Da jedoch die Dichtungsreibung bei berührenden Dichtungskonzepten häufig ein Haupteinflussparameter bezüglich der Eigenerwärmung ist, besteht ein großer Bedarf an einer entsprechenden Lösung. Every grease-lubricated roller bearing has a certain self-heating behavior, regardless of the chosen sealing principle. The influencing variables are manifold and their influence is sometimes complex (rolling friction / sliding friction parts, lubricant friction, load collective). In the run-in phase, complex friction components are added by the grease distribution work and wear on the run-in (eg: rolling elements, raceways), so that the break-in phase usually has the largest share of self-heating. If contacting sealing elements are used, a further significant self-heating proportion is added by the tribological frictional contact between the sealing lip and the contacting ring, which depends not only on the sealing overlap, but above all on the speed and the sealing material used. In the previously used contacting sealing variants for such rolling bearings, as stated above, the sealing friction can not be reliably influenced as a function of the load collective, which is why it comes to the problems described above. However, since seal friction in contacting seal designs is often a major parameter of self-heating, there is a great need for a corresponding solution.
Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein Wälzlager anzugeben, das zwar wenigstens ein berührendes Dichtelement aufweist, bei dem jedoch der Eigenerwärmungsanteil durch die Dichtungsüberdeckung zwischen dem Dichtelement und dem kontaktierten Ring beeinflusst werden kann, so dass sich keine Temperaturprobleme ergeben.The invention is thus based on the problem to provide a roller bearing, which indeed has at least one contacting sealing element, but in which the self-heating component can be influenced by the sealing overlap between the sealing element and the contacted ring, so that there are no temperature problems.
Zur Lösung dieses Problems ist bei einem erfindungsgemäßen Wälzlager vorgesehen, dass an einem Ring ein Anlagebauteil mit einem ring- oder hülsenartig umlaufenden Anlageabschnitt bestehend aus zwei übereinanderliegenden, einen unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisenden Materialschichten angeordnet ist, mit dem das am anderen Ring festgelegte Dichtelement zusammenwirkt.To solve this problem is provided in a rolling bearing according to the invention that on a ring an investment component with a ring or sleeve-like circumferential bearing portion consisting of two superimposed, a different thermal expansion coefficient having material layers is arranged, with which the set on the other ring sealing element cooperates.
Bei dem erfindungsgemäßen Wälzlager kommt ein besonders konzipiertes Anlagebauteil zum Einsatz, das einen thermisch sensiblen Anlageabschnitt aufweist, mit dem das Dichtelement zusammenwirkt. Dieser Anlageabschnitt besteht aus zwei übereinanderliegenden Materialschichten, die jedoch einen unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. An diesem Anlageabschnitt liegt das Dichtelement entweder direkt überdeckend an, oder indirekt, beispielsweise über eine zwischengeschaltete, am Anlageabschnitt vorgesehene thermisch entkoppelnde Zwischenlage. Der thermisch sensitive Anlageabschnitt ist nun in der Lage, abhängig von seiner Ist-Temperatur eine Geometrieänderung vorzunehmen, was aus den unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der beiden fest miteinander verbundenen Materialschichten, aus denen der Anlageabschnitt besteht, resultiert. Das heißt, dass der Anlageabschnitt des montierten, ringförmigen Anlagebauteils damit grundsätzlich in der Lage ist, durch entsprechende Wahl der Werkstoffpaarung der Materialschichten bei einer Temperaturänderung sich definiert zu verformen respektive zu verbiegen. Findet nun der berührende Dichtungskontakt direkt oder indirekt an respektive auf diesem Anlageabschnitt statt, kann durch die Lagertemperatur und/oder durch die Reibtemperatur im Kontaktbereich die Dichtungsüberdeckung „variiert“ werden, nachdem eben mit einer Änderung der Temperatur des Anlageabschnitts, sei es, dass diese aus einer allgemeine Änderung der Lagertemperatur oder einer lokalen Erhöhung der Temperatur infolge der Dichtreibung resultiert, eine entsprechende Geometrieänderung des Anlageabschnitts und damit auch eine Änderung der Anlageverhältnisse im Kontaktbereich gegeben ist. Mit steigender Lagertemperatur bzw. Reibtemperatur am Wirkort, also dem Kontaktort zwischen Dichtelement und Anlageabschnitt, nimmt die Dichtungsüberdeckung infolge der Geometrieänderung des Anlageabschnitts solang ab, bis eine bestimmte Lager-Referenztemperatur erreicht wird. Um dieses Temperaturniveau, selbstverständlich mit einem entsprechenden Toleranzbereich, eingestellt durch die Materialpaarung unter Berücksichtigung der Lagerabmessungen und des zu erwartenden Belastungskollektivs, pendelt dann die Lagertemperatur bzw. die Reibtemperatur im Kontaktbereich. Das Lager „heilt“ sich praktisch selbst und kann quasi auf einem relativ konstanten Temperaturniveau gehalten werden. Steigt also die Temperatur im Kontaktbereich, setzt eine Geometrieänderung dergestalt ein, dass die Überdeckung und folglich die Reibfläche etwas abnimmt, woraus auch eine Reduzierung der Reibung und damit des Temperatureintrags resultiert, so dass es zu einer gewissen „Abkühlung“ kommt, woraufhin erneut eine entsprechende Geometrieänderung des Anlageabschnitts resultiert und es wieder zu einer leichten Vergrößerung der Überdeckung kommt etc. Das heißt, dass ein gewisser Pendeleffekt eintritt. Unabhängig davon kann jedoch infolge der Integration des erfindungsgemäßen thermisch sensitiven Anlageabschnitts eine Änderung der Dichtungsüberdeckung in Abhängigkeit der Temperatur erreicht werden, mithin also die Reibung im Kontaktbereich reduziert und folglich auch die Temperatur in diesem Bereich und die Lagertemperatur allgemein hierüber beeinflusst werden.In the rolling bearing according to the invention, a specially designed abutment component is used, which has a thermally sensitive abutment portion with which the sealing element cooperates. This contact section consists of two superimposed layers of material, which, however, have a different thermal expansion coefficient. At this contact section, the sealing element is either directly overlapping, or indirectly, for example via an intermediate, provided on the contact section thermally decoupling intermediate layer. The thermally sensitive contact section is now able to make a change in geometry depending on its actual temperature, which results from the different thermal expansion coefficients of the two firmly interconnected material layers that make up the contact section. This means that the contact section of the assembled, annular abutment component is thus fundamentally capable of deforming or bending in a defined manner by appropriate choice of the material combination of the material layers when the temperature changes. If the contacting sealing contact now takes place directly or indirectly at respectively on this contact section, the sealing overlap can be "varied" by the bearing temperature and / or by the rubbing temperature in the contact region, after the change of the temperature of the contact section, be it from a general change in the storage temperature or a local increase in the temperature due to the sealing friction results, a corresponding change in geometry of the contact section and thus a change in the investment conditions in the contact area is given. With increasing storage temperature or friction temperature at the site of action, ie the contact location between the sealing element and contact section, the sealing overlap decreases as a result of the geometry change of the contact section until a certain bearing reference temperature is reached. To this temperature level, of course, with a corresponding tolerance range, set by the material pairing taking into account the bearing dimensions and the expected load collective, then shuttles the storage temperature and the friction temperature in the contact area. The camp "heals" itself practically and can be kept quasi on a relatively constant temperature level. Thus, if the temperature rises in the contact region, a change in geometry takes place in such a way that the overlap and consequently the friction surface decreases somewhat, which also results in a reduction of the friction and thus of the temperature entry, so that a certain "cooling" occurs, whereupon again a corresponding one Geometry change of the plant section results and there is again a slight increase in the coverage, etc. This means that a certain pendulum effect occurs. Regardless of this, however, a change in the sealing coverage depending on the temperature can be achieved as a result of the integration of the thermally sensitive contact portion of the invention, thus reducing the friction in the contact area and consequently also the temperature in this area and the storage temperature are generally affected.
Dies ist dahingehend vorteilhaft, als die Eigenerwärmung des Lagers durch die Lagertemperatur bzw. Reibtemperatur im Dichtelementkontakt auf ein bestimmtes, konstruktiv festgelegtes Temperaturniveau quasi eingeregelt werden kann, was sich positiv auf die Eigenschaften und Lebensdauer des Wälzlagers auswirkt. Denn die Temperatur des Lagers ist einer der größten Einflussfaktoren auf die Fettgebrauchsdauer, da wie einleitend ausgeführt das Fett bei zu hoher Temperatur geschädigt werden kann. Da das Lager jedoch auf einem „quasi konstanten“ einstellbaren Temperaturniveau gehalten werden kann, hat dies einen günstigen Einfluss auf die Fettgebrauchsdauer. Auch besteht grundsätzlich die Möglichkeit, Dichtungswerkstoffe oder Käfigwerkstoffe zu verwenden, die thermisch nicht derart stabil sein müssen, wie bisher, da wie ausgeführt die Dauertemperatur des Lagers gesenkt werden kann.This is advantageous in that the self-heating of the bearing can be quasi adjusted by the storage temperature or friction temperature in the sealing element contact to a specific, structurally determined temperature level, which has a positive effect on the properties and life of the bearing. Because the temperature of the bearing is one of the biggest factors influencing the duration of grease life, since, as stated in the introduction, the grease can be damaged if the temperature is too high. However, since the bearing can be kept at a "quasi-constant" adjustable temperature level, this has a favorable influence on the grease service life. In principle, there is also the possibility of sealing materials or To use cage materials, which need not be thermally stable as before, because as stated, the permanent temperature of the bearing can be lowered.
Das Anlagebauteil selbst weist zweckmäßigerweise einen Haltering auf, an dem der Anlageabschnitt angeordnet ist, über welchen das Anlagebauteil am Ring befestigt ist. Über den Haltering ist eine sehr einfache Montage des Anlagebauteils möglich, wobei der Haltering selbstverständlich in seiner Geometrie entsprechend einer Befestigungsgeometrie am Ring ausgelegt ist. Der Haltering kann relativ schmal ausgeführt werden, auch der Anlageabschnitt kann, was seine axiale oder radiale Erstreckung angeht, relativ schmal ausgeführt werden, solange sichergestellt ist, dass er eine hinreichende Geometrieänderung vornimmt. Da wie ausgeführt die Dichtungsüberdeckung im µm-Bereich bis hin in den Zehntel Millimeterbereich gegeben ist, sind in der Regel relativ geringe geometrische Änderungen seitens des Anlageabschnitts ausreichend, eine entsprechende Kontaktreibungsreduktion vorzunehmen.The investment component itself expediently has a retaining ring, on which the abutment section is arranged, via which the abutment component is fastened to the ring. About the retaining ring a very simple installation of the investment component is possible, the retaining ring is of course designed in its geometry according to a mounting geometry on the ring. The retaining ring can be made relatively narrow, even the contact section can, as far as its axial or radial extent, are made relatively narrow, as long as it is ensured that it makes a sufficient change in geometry. Since, as stated, the sealing overlap is given in the μm range up to the tenth of a millimeter range, relatively small geometrical changes on the part of the abutment portion are generally sufficient to make a corresponding contact friction reduction.
Das Dichtelement selbst kann entweder direkt am Anlageabschnitt anliegen, das heißt, dass eine unmittelbare Kontaktreibung zwischen dem Dichtelement und dem Anlageabschnitt gegeben ist. Alternativ ist es auch denkbar, dass am Anlageabschnitt ein umlaufendes Zwischenelement, an dem das Dichtelement anliegt, angeordnet ist. Dieses umlaufende Zwischenelement kann dazu dienen, den Dichtungskontakt von der Materialschichtpaarung des Anlageabschnitts hinsichtlich der Wärmeübertragung etwas zu isolieren, so dass die Lagertemperatur einen etwas signifikanteren Einfluss auf die Verbiegung des Anlageabschnitts gegenüber der Reibkontakttemperatur hat. The sealing element itself can either rest directly on the contact section, that is, there is an immediate contact friction between the sealing element and the contact section. Alternatively, it is also conceivable that a circumferential intermediate element, on which the sealing element is applied, is arranged on the contact section. This circulating intermediate element can serve to slightly insulate the sealing contact from the material layer pairing of the abutment section with respect to the heat transfer, so that the bearing temperature has a somewhat more significant influence on the bending of the abutment section with respect to the frictional contact temperature.
Die konkrete Auslegung hinsichtlich der verwendeten, die Materialschichten bildenden Materialien und geometrische Auslegung der Materialschichten, insbesondere die Dicke, ist zweckmäßigerweise derart gewählt, dass der Anlageabschnitt bei einer definierten Bezugtemperatur, die sich bei dem maximal erwartbaren Belastungskollektiv im Wälzlager einstellt, eine erste Form einnimmt, die sich durch einen aus der zusätzlichen Reibung im Kontakt des Dichtelements zum Anlageabschnitt oder dem Zwischenelement erzeugte Temperaturänderung verändert. Das heißt, dass die Auslegung der genannten Parameter im Hinblick auf eine definierte Temperatur des Lagers erfolgt. Es wird also abgeschätzt, wie die Lagertemperatur ohne den zusätzlichen Temperatureintrag über die Kontaktreibung ist. Bei dieser Lagertemperatur soll der Anlageabschnitt eine bestimmte, definierte Form einnehmen respektive aufweisen. Denn diese Lagertemperatur wird letztlich grundsätzlich erreicht, weshalb sie als Bezugspunkt gewählt werden kann. Ausgehend von diesem Temperaturniveau kommt es nun zu einer Temperaturvariation über den zusätzlichen Temperatureintrag resultierend aus der Kontaktreibung, das heißt, dass dieses Bezugstemperaturniveau durch den zusätzlichen Temperatureintrag steigt. Der Anlageabschnitt ändert nun aus dieser zuvor auslegungsbedingten Ausgangsform seine Geometrie, primär resultierend aus dem zusätzlichen Reibungswärmeeintrag, woraus dann eine entsprechende Reduktion der Dichtungsüberdeckung und des zukünftigen Reibungseintrags resultiert. Das heißt, dass folglich die Lagertemperatur letztlich um ein Niveau, das etwas oberhalb des Bezugstemperaturniveaus liegt, pendelt.The concrete design with regard to the materials used forming the material layers and the geometric design of the material layers, in particular the thickness, is expediently chosen such that the contact section assumes a first shape at a defined reference temperature, which occurs in the rolling bearing at the maximum expected load collective. which changes due to a change in temperature generated by the additional friction in the contact of the sealing element to the contact section or the intermediate element. This means that the design of the mentioned parameters takes place with regard to a defined temperature of the bearing. It is thus estimated how the storage temperature without the additional temperature entry on the contact friction. At this storage temperature, the contact section should assume or have a certain, defined shape. Because this storage temperature is ultimately achieved in principle, which is why it can be chosen as a reference point. Starting from this temperature level, there is now a temperature variation on the additional temperature entry resulting from the contact friction, that is, this reference temperature level increases by the additional temperature entry. The contact section now changes its geometry from this design-related starting shape, primarily as a result of the additional frictional heat input, which then results in a corresponding reduction in the sealing overlap and the future friction entry. This means that, as a result, the storage temperature ultimately fluctuates around a level which is slightly above the reference temperature level.
Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, das Anbauteil an dem stehenden Ring und das Dichtelement am rotierenden Ring anzuordnen, oder eine umgekehrte Verteilung zu wählen. Dies gilt sowohl für eine Radiallager- als auch eine Axiallagerbauform. In principle, it is possible to arrange the attachment to the stationary ring and the sealing element on the rotating ring, or to choose a reverse distribution. This applies to both a radial bearing and a thrust bearing design.
Wie bereits einleitend beschrieben, zeigt das Dichtungskonzept mit der „drehzahlvariablen“ Dichtungsüberdeckung, bei dem sich also die Geometrie des Dichtelements respektive der Dichtlippe drehzahlabhängig ändert, Vorteile. Um diese Vorteile mit der erfindungsgemäßen Geometrieänderung seitens des Anlageabschnitts kombinieren zu können, sieht eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung vor, dass das am rotierenden Ring angeordnete Dichtelement seine Form drehzahlabhängig ändern kann. Ist das Dichtelement beispielsweise am Außenring eines Radiallagers angeordnet, so kann es sich bei einer Rotation drehzahlabhängig selbsttätig etwas vom Anlageabschnitt wegbewegen der sich seinerseits in die entgegengesetzte Richtung vom Dichtelement wegbewegt. Es können also bei entsprechender Auslegung zwei gegenläufige Bewegungen gegeben sein, die eine thermisch bedingt, nämlich die des Anlageabschnitts, die andere drehzahlbedingt, nämlich die des Dichtelements. Auch im Falle eines Axiallagers ist eine entsprechende Ausgestaltung möglich, wenn das Dichtelement entsprechend geometrisch ausgelegt ist, dass es sich aus seinem Dichtsitz am anderen Ring, der geometrisch ja letztlich beliebig ausgelegt sein kann, bewegt.As already described in the introduction, the sealing concept shows advantages with the "variable speed" sealing overlap, in which the geometry of the sealing element or the sealing lip changes depending on the rotational speed. In order to be able to combine these advantages with the change in geometry according to the invention on the part of the contact section, an expedient development of the invention provides that the sealing element arranged on the rotating ring can change its shape as a function of speed. If the sealing element is arranged, for example, on the outer ring of a radial bearing, it may, in a rotation-dependent manner, automatically move away from the contact section, which in turn moves away in the opposite direction from the sealing element. It can therefore be given with appropriate design two opposing movements, the thermally conditioned, namely that of the contact section, the other speed-related, namely that of the sealing element. Also in the case of a thrust bearing, a corresponding embodiment is possible if the sealing element is designed geometrically according to that it moves from its sealing seat on the other ring, which can be geometrically yes ultimately arbitrarily, moves.
Neben dem Wälzlager selbst betrifft die Erfindung ferner ein Verfahren zur Temperierung eines belasteten Wälzlagers umfassend zwei Ringe und zwischen den Ringen abwälzende Wälzkörper, wobei in der Montagestellung der eine Ring relativ zum anderen, stehenden Ring dreht, sowie wenigstens ein Dichtelement zum berührenden Abdichten eines zwischen den Ringen gegebenen Spalts. Dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass durch eine thermisch bedingte Formänderung eines Anlageabschnitts eines an einem Ring angeordneten Anlagebauteils, welcher Anlageabschnitt ring- oder hülsenartig umlaufend ist und aus zwei übereinanderliegenden, einen unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisenden Materialschichten besteht, und mit dem das Dichtelement zusammenwirkt, der Überdeckungsgrad des Dichtelements mit dem Anlageabschnitt und damit der Umfang der gegebenen Reibung variiert wird. In addition to the rolling bearing itself, the invention further relates to a method for controlling the temperature of a loaded rolling bearing comprising two rings and between the rings rolling rolling elements, wherein in the mounting position of a ring rotates relative to the other, stationary ring, and at least one sealing element for contact sealing a between the Wrestling given gap. This method is characterized in that by a thermally induced change in shape of a contact portion of an arranged on a ring investment component, which contact portion is annular or sleeve-like circumferential and two superposed, a different thermal Expansion coefficients having material layers, and with which the sealing element cooperates, the degree of overlap of the sealing element with the contact portion and thus the extent of the given friction is varied.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:An embodiment of the invention is illustrated in the drawing and will be described in more detail below. Show it:
Das Dichtelement
Da sich in der Montagestellung der Außenring
Um die grundsätzliche Formänderung des ringförmigen Anlageabschnitts
Vorausgesetzt, dass das maximale Belastungskollektiv am Lager anliegt, stellt sich wie ausgeführt die Lagertemperatur t0 ein, der Anlageabschnitt
Auch hier ist das Anlagebauteil
Es sei angenommen, dass der Ring
Die beschriebenen Ausführungsformen der Wälzlager sind lediglich exemplarischer Natur und selbstverständlich nicht beschränkend. Selbstverständlich sind hinsichtlich der konkreten Ausgestaltung der Dichtelemente sowie der Anlageabschnitte respektive der Anlagebauteile selbst unterschiedlichste Ausführungsformen denkbar, wobei die konkrete Auslegung stets im Hinblick auf die konkrete Ausgestaltung des Wälzlagers, die Montagesituation sowie das Belastungskollektiv zu wählen ist.The described embodiments of the rolling bearings are merely exemplary in nature and of course not limiting. Of course, with regard to the specific design of the sealing elements and the plant sections respectively the investment components themselves most different embodiments are conceivable, the concrete design is always to be chosen with regard to the specific design of the bearing, the mounting situation and the load collective.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Wälzlager roller bearing
- 22
- Außenring outer ring
- 33
- Innenring inner ring
- 44
- Wälzkörper rolling elements
- 55
- Dichtelement sealing element
- 66
- Spalt gap
- 77
- Anlagebauteil conditioning component
- 88th
- Haltering retaining ring
- 99
- Anlageabschnitt contact section
- 1010
- Materialschicht material layer
- 1111
- Materialschicht material layer
- 1212
- Kontaktbereich contact area
- 1313
- Ring ring
- 1414
- Ring ring
- 1515
- Wälzkörper rolling elements
- 1616
- Zwischenelement intermediate element
- d1 d 1
- Dicke thickness
- d2 d 2
- Dicke thickness
- α1 α 1
- Ausdehnungskoeffizient expansion coefficient
- α2 α 2
- Ausdehnungskoeffizient expansion coefficient
- t0 t 0
- Lagertemperatur storage temperature
- z0 z 0
- Bezugswert (Länge) zu t0 Reference value (length) to t 0
- Δt.delta.t
- Temperaturerhöhung temperature increase
- ΔzAz
- Geometrieänderung geometry change
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-
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Owner name: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES GMBH & CO. KG, DE Free format text: FORMER OWNER: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG & CO. KG, 91074 HERZOGENAURACH, DE Effective date: 20140213 Owner name: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG & CO. KG, DE Free format text: FORMER OWNER: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG & CO. KG, 91074 HERZOGENAURACH, DE Effective date: 20140213 |
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