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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Wälzlager mit einem Lagerinnenring und einem radial außerhalb davon angeordneten Lageraußenring, zwischen denen Wälzkörper positioniert sind, wobei radial außerhalb des Lageraußenrings ein Abkoppelungselement als Schwingungsdämpfer vorhanden ist, das zumindest teilweise auf einem oder mehreren Abschnitten der Mantelflächen des Lageraußenrings aufliegt.
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Als Wälzkörper können Kugeln, Rollen, Walzen, Nadeln, Kegel oder ähnliche Elemente verwendet werden. Diese abrollenden Elemente sind im Regelfall in einem Käfig gehalten, der zwischen dem Lagerinnenring und dem Lageraußenring vorhanden ist.
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Solche Wälzlager werden zur Lagerung von Wellen verwendet. Solche Wellen finden u. a. auch in stufenlos arbeitenden Getrieben Anwendung. Solche Getriebe werden als CVT-Getriebe bezeichnet.
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Auf einer in einem solchen CVT-Getriebe verwendeten Welle sind häufig Kegelscheibenräder angebracht, die von einem Umschlingungsmittel zumindest teilweise umschlungen werden. Die Kegelscheibenräder sind zueinander verstellbar, wobei jedoch die Umschlingungsmittel, wie bspw. Lamellenketten, in Anlage mit den Kegelscheibenrädern bleiben.
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Bei solchen CVT-Getrieben treten ungewollte Schwingungen auf, die dann über die Welle, die Lagerinnenschale, die Wälzkörper und die Lageraußenschale auf ein das Wälzlager aufnehmendes Gehäuse übertragen werden. Es wird dabei vor allem Körperschall übertragen. Da das Gehäuse zusammen mit dem CVT-Getriebe häufig in Kraftfahrzeugen, wie Pkws oder Lkws Anwendung findet, aber auch Traktoren und Erdbaumaschinen, ist dort die erhöhte Anforderung an Schallemissionen zu berücksichtigen.
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Diese grundsätzliche Aufgabe der Schallreduktion oder Vermeidung von Schallübertragung wird im Stand der Technik bereits diskutiert. So offenbart die
DE 10203307 A1 ein Lagerungskonzept für drehende Wellen. Dort werden drei unterschiedliche Ansätze erläutert, um eine Schallübertragung vom Lageraußenring auf ein Gehäuse zu verhindern. So wird bspw. angeregt, eine teilzylinderförmige Hülse über den Lageraußenring zu stülpen, wobei die Hülse Vorsprünge aufweist, die abwechselnd nach innen oder nach außen ragen. Die Vorsprünge sind dabei in einer Axialrichtung des Lagers ausgerichtet und in Umfangsrichtung zueinander unterbrochen.
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Auch wird in der
DE 10203307 A1 offenbart, das ein hülsenartiges Kombinationselement verwendet wird, das eine elastische Schicht zwischen zwei Metalllagen aufweist, wobei die eine Metalllage in Anlage mit dem Gehäuse und die andere Metalllage in Anlage mit dem Außenring des Lagers befindlich ist.
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Eine weitere Lösung wird in der
DE 10203307 A1 dadurch angeboten, dass mehrere wellenförmig ausgebildeten Federelemente, die keinen durchgängigen Querschnitt aufweisen, miteinander kombiniert werden, wobei die Erhebungen und Vertiefungen zueinander versetzt angeordnet sind. Dieser dadurch geschaffene Ring aus mehreren Elementen wird dann auf der Außenseite der Lageraußenschale positioniert.
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Auch ist es bei der Anmelderin bekannt, mehrere federnde Elemente zusammenzufassen und von außen mit einer Sicherungsbuchse auf den Lageraußenring zu drücken. Ferner ist es bekannt, zwei halbzylinderförmige Segmente sich ergänzend von außen am Lageraußenring miteinander zu kombinieren. Dabei liegen die Elemente flächig auf der äußeren Mantelfläche des Lageraußenrings auf. Von diesem Bereich nach innen orthogonal abstehend, sind Borde angeordnet, die in Anlage mit den axialen Außenseiten des Lageraußenrings befindlich sind. Ferner sind sowohl in die Borde als auch in die mit der äußeren Mantelfläche des Lageraußenrings in Anlage befindlichen Abschnitte Schlitze eingebracht.
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Auch die
DE 10307842 A1 offenbart eine Vielzahl von potenziellen Lösungsmöglichkeiten für die allgemeine Aufgabe in dem Anwendungsgebiet. So wird bspw. eine den Lageraußenring umgreifende Hülse offenbart, die in einem mittigen Bereich von Anlageabschnitten radial nach außen abstehende radiale Wölbungen aufweist.
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Die aus dem Stand der Technik bekannten Lösungsmöglichkeiten sind jedoch aufwändig in der Fertigung und daher sehr kostenintensiv.
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So ist bspw. das Einbringen der erläuterten Schlitze bisher nur durch teure Draht- oder Laserschneidverfahren überhaupt möglich. Es stellt sich dann jedoch der Nachteil ein, dass neben einer radialen Verschiebbarkeit des Wälzlagers dann auch eine axiale Verschiebbarkeit aufgrund der Verwindung der den Lageraußenring umgebenden Hülse die Folge ist.
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Auch die in der
DE 10307842 A1 offenbarten Lösungsmöglichkeiten sind noch verbesserungsfähig, da deren Realisierung relativ aufwändig ist. Eine Verbesserung ist jedoch bereits aus der
DE 10 2009 056 352 A1 bekannt.
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Allerdings soll das dort offenbarte Wälzlager noch kostengünstiger gefertigt werden können, noch genauer werden und noch geräuschärmer im Betrieb sein. Insbesondere zur Geräuschoptimierung bei stufenlosen Getrieben (CVT) soll das Wälzlager angewendet werden können. Dort treten durch die Kettenglieder der CVT-Kette Schwingungen auf, welche sich über die Lager auf das Getriebegehäuse übertragen. Durch die Entkopplung des Gehäuses vom Festlager der Antriebswelle mittels eines akustischen Abkopplungselements, sollen die Gehäuseschwingungen und damit die Schallemissionen reduziert werden.
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Die sonst auftretenden langen Toleranzketten aufgrund der Geometrie der Schlitze im Abkoppelungselement, welche die Funktion nachhaltig negativ beeinflussen, sollen gemieden werden. Trotzdem soll die radiale Steifigkeit, vorzugsweise bis in die Borde des Abkoppelungselementes ausreichend hoch sein. Draht- oder Laserschneiden soll jedoch auch vermeidbar sein. Auch soll ein Schleifen der Durchmesser der Borde unnötig werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einem gattungsgemäßen Wälzlager radial außerhalb des Lageraußenrings auf zumindest einer sich in Axialrichtung erstreckenden Fläche, bspw. einer Mantelfläche an dem Lageraußenring oder einer Innen- oder Außenfläche des Abkoppelungselementes, eine Dämpfungsbeschichtung vorhanden ist.
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Als Nebeneffekt zeigt sich, dass die Reibung in der gesamten Baugruppe minimiert werden kann, wodurch die Geräuschemission reduziert wird. Insbesondere die Reibung zwischen dem Abkoppelungselement und dem Lageraußenring sowie dem Abkopplungselement und einem Gehäuse kann reduziert werden, was sich vorteilhaft auf die gesamte Abkoppelungswirkung auswirkt.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind auch in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
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So ist es von Vorteil, wenn die Dämpfungsbeschichtung als eine den Reibungskoeffizient vermindernde Beschichtung ausgeführt ist. Dadurch kann gezielt der Haft- und/oder Reibungskoeffizient vermindert werden und die Schallemission weiter reduziert werden.
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Vorteilhaft ist auch, wenn die Dämpfungsbeschichtung zwischen dem Abkoppelungselement und dem Lageraußenring vorhanden ist. Auf diese Weise kann frühzeitig der Geräuschentwicklung entgegengewirkt werden.
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Es ist ferner von Vorteil, wenn die Dämpfungsbeschichtung zumindest auf der Außenumfangsfläche des Abkopplungselementes vorhanden ist, da dann besonders effizient die Übertragbarkeit von Geräuschen auf das Gehäuse reduziert wird.
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Zweckmäßig ist es auch, wenn die Dämpfungsbeschichtung das Abkoppelungselement zweiseitig, vorzugsweise allseitig umgibt. Das Abkoppelungselement kann dann einfach mit einer Dämpfungsbeschichtung versehen werden. Die Herstellkosten eines solchen Abkoppelungselementes bleiben trotzdem relativ gering.
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Um ein effizientes Dämpfen zu erreichen, ist es auch von Vorteil, wenn die Dämpfungsbeschichtung auf der Mantelfläche des Lageraußenrings aufgebracht ist. Auf diese Weise kann eine funktionale Alternative genutzt werden.
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Vorteilhaft ist es ferner, wenn die Dämpfungsbeschichtung als Anti-Korrosionsbeschichtung oder Elastomerschicht ausgeführt ist, und vorzugsweise eine Dicke aufweist, die ein Zehntel bis drei Zehntel der Dicke des Abkoppelungselementes beträgt. Die Dämpfungsbeschichtung ist dann relativ dünn ausgestaltet und trägt nicht besonders zum Gesamtgewicht des Wälzlagers bei. Ideal ist, wie bei Corrotect, eine Schichtdicke von wenigen µm, um den Einfluss auf die Toleranz des Außendurchmessers gering zu halten und zudem die Schicht beim Einpressen des Lagers nicht "abzuziehen"
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Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist auch dadurch gekennzeichnet, dass das Abkoppelungselement auf zwei am Außenumfang des Lageraußenrings umlaufenden Höckern aufliegt. Eine diesbezüglich zur
DE 10 2009 056 352 A1 ähnliche Ausgestaltung ist möglich und die diesbezüglichen Merkmale der älteren Druckschrift sollen hier als mit aufgenommen gelten.
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Vorteilhaft ist es ferner, wenn die Dämpfungsbeschichtung als Zink-Eisen-, Zink-Nickel-, Chrom-, Nickel-, Nitrid-, Carbonitrid- oder Manganphosphat-Schicht ausgeführt ist.
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Der Einsatzbereich lässt sich auch erhöhen, wenn das Wälzlager als Fanglager eines Magnetlagers ausgebildet ist, insbesondere, da dadurch Stöße beim Ausfahren des Magnetlagers verschleißneutral aufgefangen werden können.
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Vorteilhaft ist es auch, wenn die Auflagefläche von den Borden auf den Innendurchmesser des Abkoppelungselementes verlagert ist, da bei diesem neuartigen Design die Reibung zwischen dem als Entkoppelungselement agierenden Abkoppelungselement und dem Lageraußenring durch die Beschichtung des Abkoppelungselementes minimiert wird. Dadurch ergibt sich eine geringere Steifigkeit bei sehr kleinen Schwingwegen, wodurch sich eine verbesserte Abkoppelungswirkung ergibt.
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Als vorteilhaftes Material für die Komponenten des Wälzlagers hat sich Stahl, insbesondere bestimmte Stahllegierungen, herausgestellt, die aus ihrer Ursprungsform durch Tiefziehprozesse in die endzustandsnahe Form oder Endzustandsform gebracht werden. Eine radiale Steifigkeit von 150.000 N/mm bei einer Abweichung von 20.000 N/mm ist wünschenswert. Möglich ist, dass Materialschnitte eingebracht werden, die dann aber besonders vorteilhaft nur im Bereich der Mantelfläche vorhanden sind, ähnlich zur Ausgestaltung in der
DE 10 2009 056 352 A1 . Ein Endanschlag über Höcker am Lageraußenring ist ebenfalls wünschenswert.
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Beschichtungen, die nach Art der eingetragenen Marke Triondur oder nach Art von Corrotect ausgeführt sind, sind wünschenswert. Corrotect ist mit Abstand am besten bzgl. der technologischen Vorteile.
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Letztlich ermöglicht das Konzept, die Schwingungsübertragung von der Welle über das Lager ins Gehäuse zu verringern. Dadurch können die vom Gehäuse abgegebenen Schallemissionen deutlich verringert werden. Das Konzept stellt eine Lösung dar, welche bei gleichen elastischen Eigenschaften fertigungstechnisch einfach umzusetzen ist und somit eine wesentliche Kostenersparnis birgt. Desweiteren ist das System mit der modifizierten Auflage wesentlich unempfindlicher gegenüber Fertigungstoleranzen und ein Abkoppelungsring, also das ringartig ausgebildete Abkoppelungselement, kann auf einen nahezu unveränderten Lageraußenring angewendet werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend auch mit Hilfe zweier Ausführungsbeispiele im Rahmen einer Zeichnung näher beleuchtet. Es zeigen:
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1 ein erfindungsgemäßes Wälzlager mit zwei am Lageraußenring umlaufenden Höckern, und
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2 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wälzlagers ohne Höcker am Lageraußenring.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente werden mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wälzlagers 1 dargestellt. Das Wälzlager 1 weist einen Lagerinnenring 2 und einen radial davon außerhalb angeordneten Lageraußenring 3 auf. Dazwischen sind Wälzkörper 4 angeordnet, die im vorliegenden Fall als Kugeln 5 ausgebildet sind. Auch Kegeln, Tonnen oder Zylinder, wie Nadeln, sind möglich. Die Wälzkörper 4 können in einem optionalen Käfig 6 gehaltert sein. Auf einer Außenumfangsfläche 7 des Lageraußenrings 3 ist ein Abkoppelungselement 8 vorhanden. Das Abkoppelungselement 8 liegt im Bereich zweier auf der Außenumfangsfläche 7 des Lageraußenrings 3 umlaufender Höcker 9 bereichsweise auf.
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Das Abkopplungselement 8 weist Borde 10 auf, die im Wesentlichen rechtwinklig von dem dazwischen angeordneten Hauptkörper 11 des Abkoppelungselementes 8 radial nach innen abstehen.
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Radial außerhalb des Lageraußenrings 3, bspw. zwischen dem Lageraußenring 3 und dem Abkoppelungselement 8 oder auf einer Außenumfangsfläche 12 des Abkoppelungselementes 8 ist eine Dämpfungsbeschichtung aufgebracht. Die Dämpfungsbeschichtung kann nur auf der Außenumfangsfläche 7 des Lageraußenrings, insbesondere nur im Bereich der Höcker 9 aufgebracht sein, kann jedoch auch auf der Außenumfangsfläche 12 des Abkoppelungselementes 8 sowie auf der Innenseite 13 des Abkoppelungselementes 8 sowie bei Kombination jeglicher dieser Möglichkeiten vorhanden sein.
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Die Dämpfungsbeschichtung kann nach Art einer dünnen Elastomerschicht aufgebracht sein, kann als Korrosionsbeschichtung wirken, insbesondere als Chromschicht, Nickelschicht, oder Mangan-Phosphatschicht ausgebildet sein. Auch lassen sich zum Aufbringen der Dämpfungsbeschichtung Nitrier-, insbesondere Carbonitrier-Verfahren einsetzen.
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Die beiden Borde 10 umgreifen, zumindest abschnittsweise, den Lageraußenring 3.
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Das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel ist dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel in den meisten Punkten ähnlich oder sogar identisch dazu. Allerdings sind die Höcker 9, wie in dem Ausführungsbeispiel nach 1, in dem Ausführungsbeispiel nach 2 nicht enthalten. Anders als in dem Ausführungsbeispiel aus 1, ist der Hauptkörper 11 nicht nach außen, sondern nach innen gewölbt.
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Auch ist es möglich, das nur ein Bord 10 vorhanden ist. Alternativ können auch zwei Borde 10 eingesetzt werden, die jedoch zueinander über den Umfang versetzt sind. In der Dargestellten Variante, sind zwei Borde 10 verwendet, allerdings ist der rechte Bord 10 nur an drei Stellen über dem Umfang vorhanden und in dem dargestellten Schnitt nicht sichtbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wälzlager
- 2
- Lagerinnenring
- 3
- Lageraußenring
- 4
- Wälzkörper
- 5
- Kugel
- 6
- Käfig
- 7
- Außenumfangsfläche des Lageraußenrings
- 8
- Abkopplungselement
- 9
- Höcker
- 10
- Bord
- 11
- Hauptkörper
- 12
- Außenumfangsfläche des Abkopplungselements
- 13
- Innenseite
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007045671 A1 [0002]
- DE 221409 A1 [0002]
- DE 3041804 A1 [0002]
- DE 10203307 A1 [0007, 0008, 0009]
- DE 10307842 A1 [0011, 0014]
- DE 102009056352 A1 [0014, 0026, 0030]
