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Die Erfindung betrifft ein Wälzlager, insbesondere ein zweireihiges Rollenlager, wobei ein Käfigring eines Lagerkäfigs eine Auffangrinne zum Leiten von Schmierstoff aufweist, und mindestens einer der Stege eine mit der Auffangrinne verbundene Schmierstoffführung aufweist.
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Wälzlager, die zur Übertragung radialer und/oder axialer Lasten an rotierenden Teilen dienen, können nach der Form ihrer Wälzkörper einerseits in Kugellager und andererseits in Rollenlager unterteilt werden. Bei den Rollenlagern unterscheidet man dabei zwischen Zylinderrollenlagern, Kegelrollenlagern, Pendelrollenlagern sowie Tonnenrollenlagern mit asymmetrischen oder symmetrischen Rollen, die wiederum je nach Anforderung als ein- oder zweireihige Rollenlager ausgeführt sein können. Zweireihige Rollenlager weisen dabei die Gemeinsamkeit auf, dass sie im wesentlichen aus einem Außenring und einem Innenring sowie aus einer Anzahl zwischen den Lagerringen in zwei Reihen angeordneten Rollen oder Wälzkörpern bestehen, die durch einen Lagerkäfig in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen zueinander gehalten werden. Einreihige Wälzlager werden üblicherweise axial neben der Laufbahn der Wälzkörper mit Schmierstoff, beispielsweise Öl, versorgt. Bei zweireihigen Wälzlagern liegt der Schmierstoffzulauf üblicherweise zwischen den beiden Reihen von Wälzkörpern. Um nach Möglichkeit alle Bereiche im Wälzlager ausreichend zu schmieren und einen ausreichenden Schmierstofffluss durch das Wälzlager aufrecht zu erhalten, sollen der Schmierstoffzulauf und Ablauf an weit auseinander liegenden Stellen im Wälzlager angeordnet sein. Zur Abfuhr von Wärme aus dem Wälzlager ist ein ausreichender Durchfluss von Schmierstoff durch das Wälzlager erforderlich. Wegen der in der Regel geringen Eigenpumpleistung von beispielsweise Zylinderrollenlagern ist ein hoher Schmierstoffdurchfluss üblicherweise mit einem hohen Füllgrad an Schmierstoff in dem Wälzlager verbunden. Der hohe Füllgrad führt dabei insbesondere an Wälzkörpern zu hohen Planschverlusten, welche der gewünschten Kühlleistung wegen des zusätzlichen Wärmeeintrags entgegenwirken.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung ein Wälzlager bereitzustellen, welches eine verbesserte Wärmeabfuhr und eine verbesserte Schmierung des Wälzlagers bei einer Verringerung der Planschverluste ermöglicht.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Erfindungsgemäß ist ein Wälzlager, insbesondere zweireihiges Rollenlager, vorgesehen mit einem ersten Lagerring und einem konzentrisch zu diesem angeordneten zweiten Lagerring, einer Vielzahl zwischen den Lagerringen nebeneinander angeordneten und abrollenden Wälzkörpern, mindestens einem in gleichmäßigen Abständen die Wälzkörper außenumfänglich haltenden Lagerkäfig, wobei der Lagerkäfig einen Käfigring mit zumindest teilweise zwischen den Wälzkörpern angeordneten Stegen aufweist. Erfindungsgemäß weist der Käfigring eine Auffangrinne zum Leiten eines durch eine Lagerbohrung zugeführten Schmierstoffes auf, und mindestens einer der Stege weist eine mit der Auffangrinne verbundene Schmierstoffführung auf.
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Der erste und der zweite Lagerring können konzentrisch zu einander und zu einer Lagerachse angeordnet sein. Die zwischen dem ersten und dem zweiten Lagerring angeordneten Wälzkörper weisen jeweils eine Rotationsachse auf, um welche die Wälzkörper drehbar sind. Die Wälzkörper können außenumfänglich, an der Außenseite der Wälzkörper, durch einen Lagerkäfig gehalten und geführt werden. Der Lagerkäfig kann aus einem Kunststoff und/oder einem Metall, beispielsweise Messing oder Metallblech ausgebildet sein. Der Lagerkäfig kann kammgeführt, bordgeführt, oder wälzkörpergeführt sein. Der Lagerkäfig kann einstückig oder, insbesondere für eine vereinfachte Montage, mehrstückig ausgebildet sein. Das Wälzlager kann einen oder mehrere Lagerkäfige, beispielsweise zur Führung unterschiedlicher Reihen von Wälzkörpern, aufweisen, wobei die Lagerkäfige eine gemeinsame Auffangrinne ausbilden können oder jeweils eine Auffangrinne aufweisen können. Der Lagerkäfig kann einen zwischen den Lagerringen ringförmig umlaufend ausgebildeten Käfigring aufweisen, wobei der Käfigring Stege aufweisen kann, die sich zumindest teilweise zwischen die Wälzkörper erstrecken und/oder über die Wälzkörper hinausragen. Der Käfigring weist eine Auffangrinne auf, über welche ein Schmierstoff, beispielsweise Öl, in eine Schmierstoffführung in mindestens einem Steg geleitet werden kann. Eine Mehrzahl von Stegen, vorzugsweise jeder Steg, kann eine fluidisch mit der Auffangrinne verbundene Schmierstoffführung aufweisen. Die Schmierstoffführung kann entlang eines Teils des Steges oder über die gesamte Länge des Steges ausgebildet sein. Ein Lagerkäfig kann Stege mit einer teilweise und/oder mit einer über die gesamte Erstreckung des Steges ausgebildeten Schmierstoffführung aufweisen. Die Auffangrinne kann entlang eines Teils oder umlaufend ringförmig entlang des gesamten Käfigringes ausgebildet sein. Die Auffangrinne kann radial innenseitig an dem Käfigring des Lagerkäfigs ausgebildet sein, wobei eine Verteilung des Schmierstoffes in der Auffangrinne und in die mindestens eine Schmierstoffführung durch die Fliehkraft beim Betrieb des Wälzlagers unterstützt werden kann. Die Schmierstoffzufuhr in die Auffangrinne des Lagerkäfigs kann über eine Lagerringbohrung, beispielsweise in einem stehenden Lagerring des Wälzlagers, bei einem Radiallager beispielsweise dem inneren oder äußeren Lagerring, erfolgen.
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Das Wälzlager kann ein Radiallager, beispielsweise ein radiales Rollenlager, ein Zylinderrollenlager, ein Kegelrollenlager, ein Pendelrollenlager, oder ein Kugellager sein. Das Wälzlager kann einreihig, zweireihig oder mehrreihig ausgebildet sein. Bei einem Radiallager kann der erste Lagerring ein Innenring und der zweite Lagerring ein Außenring sein. Die Rotationsachse der Wälzkörper kann im Wesentlichen koaxial zur Lagerachse angeordnet sein. Die Wälzkörper des Wälzlagers, beispielsweise eines Zylinderrollenlagers, können in zwei, in einer axialen Richtung, entlang der Lagerachse, benachbart zueinander angeordneten Reihen angeordnet sein. In radialer Richtung, senkrecht zur Lagerachse, können die Reihen im Wesentlichen den gleichen Abstand, Radius, zur Lagerachse aufweisen. Die Wälzkörper können eine rollenförmige, insbesondere zylindrische Form aufweisen. Zweireihige Wälzlager, beispielsweise zweireihige Rollenlager, können zwei separate Lagerkäfige aufweisen. Die Stege können bei einem Radiallager in axialer Richtung an dem Käfigring ausgebildet sein, wodurch ein Schmierstofftransport im Wesentlichen in axialer Richtung durch das Radiallager erfolgen kann. Das Wälzlager kann ein Axiallager sein, wobei die Rotationsachsen der Wälzkörper im Wesentlichen senkrecht zu der Lagerachse angeordnet sein können. Die Stege können bei einem Axiallager in radialer Richtung an dem Käfigring ausgebildet sein, wodurch ein Schmierstofftransport im Wesentlichen in radialer Richtung durch das Axiallager erfolgen kann.
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Die Ausgestaltung des Käfigrings mit einer Auffangrinne und fluidisch damit verbundenen Schmierstoffführungen in den Stegen ermöglicht eine Abtrennung eines Teils des Schmierstoffes, der in das Wälzlager, beispielsweise bei einer Umlaufschmierung, eingeleitet wird. Dadurch können die Schmierstoffpfade durch das Wälzlager getrennt werden, wobei ein erster Teil zur ausreichenden Schmierung der Wälzkörper an die entsprechenden Kontaktstellen, beispielsweise zwischen Wälzkörpern und Lagerringen, geleitet werden kann, und einen zweiten Teil zur Wärmeabfuhr und Kühlung, an den Kontaktstellen vorbei, über die Auffangrinne und die Schmierstoffführung durch das Wälzlager gefördert werden kann. Eine axiale oder radiale Eigenförderleistung des Wälzlagers kann durch den in der Auffangrinne stehenden Schmierstoff durch Zentrifugalkraft erzeugt werden. Durch das funktionsgerechte Aufteilen des Schmierstoffstromes durch das Wälzlager nach Schmieren und Kühlen, insbesondere durch die Auffangrinne und die Schmierstoffführung, kann ein getrenntes Optimieren der Schmierstoffströme entsprechend der jeweiligen Anforderungen ermöglicht werden. Dadurch kann ein Füllen des Wälzlagers mit einer zu großen Schmierstoffmenge vermieden werden, wodurch die Planschverluste des Wälzlagers bei einer gleichzeitigen Verbesserung der Schmierung verbessert werden, wobei gleichzeitig der Schmierstoffdurchsatz eine ausreichende Wärmeabfuhr gewährleisten kann. Dadurch kann eine verbesserte Wärmeabfuhr und eine verbesserte Schmierung des Wälzlagers bei einer Verringerung der Planschverluste ermöglicht werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Schmierstoffführung in Form einer Stegbohrung ausgebildet. Die Stegbohrung kann vollständig innerhalb des Steges ausgebildet sein und fluidisch mit der Auffangrinne verbunden sein. Die Stegbohrung kann axial oder radial außenseitig an einer Stirnseite des Steges aus dem Steg austreten. Die Stegbohrung kann einen runden oder eckigen, konstanten oder veränderlichen Querschnitt aufweisen. Durch die geschlossene Ausbildung der Schmierstoffführung in Form einer Stegbohrung kann eine verlustarme zuverlässige Leitung des Schmierstoffes ermöglicht werden. Ferner kann eine größere Oberfläche zur Wärmeübertragung von dem Lagerkäfig auf den Schmierstoff zur Wärmeabfuhr ermöglicht werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Schmierstoffführung in Form einer nutförmigen Stegrinne ausgebildet. Die Stegrinne kann sich entlang der gesamten Länge des Steges erstrecken und axial oder radial außenseitig aus dem Steg münden. Die Stegrinne kann auffangrinnenseitig, beispielsweise radial innenseitig, zumindest teilweise offen ausgebildet sein. Die Ausbildung der Schmierstoffführung in Form einer Stegrinne ermöglicht eine kostengünstige Fertigung der Stege und des Lagerkäfigs.
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In einer weiter bevorzugten Ausführungsform weist die Auffangrinne einen rechteckigen, trapezförmigen, oder runden Querschnitt auf. Der runde Querschnitt kann in Form eines Kreissegmentes, beispielsweise oval, ausgebildet sein. Die Auffangrinnen kann zwischen zwei an der, beispielsweise radial innenliegenden, Oberfläche des Käfigrings zwischen zwei ringförmigen und benachbart zueinander angeordneten Wülsten ausgebildet sein.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Lagerbohrung zur Schmierstoffzufuhr als Düse ausgebildet. Die Lagerbohrung zur Schmierstoffzufuhr kann in einem stehenden Lagerring des Wälzlagers ausgebildet sein, wobei die Lagerbohrung im Wesentlichen fluchtend mit der Auffangrinne angeordnet sein kann. Durch die Form einer Düse kann die Förderwirkung des Schmierstoffes in die Auffangrinne verbessert werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der Lagerkäfig außenseitig mindestens einen mit den Stegen verbundenen Außenkäfigring auf. Der Außenkäfigring kann koaxial und beabstandet zu dem Käfigring des Lagerkäfigs ausgebildet sein und über die Stege mit dem Käfigring verbunden sein. Der Lagerkäfig kann bei einem zweireihigen Rollenlager beispielsweise zwei jeweils axial außenseitig angeordnete Außenkäfigringe aufweisen. Der Außenkäfigring kann derart ausgebildet und angeordnet sein, dass Wälzkörper zwischen den Stegen axial oder radial außenseitig von dem Außenkäfigring umfasst werden können, wodurch der Lagerkäfig die Wälzkörper am Umfang und an den Stirnseiten umfassen kann. Die Schmierstoffführungen können aus den Stegen durch den Außenkäfigring ausgebildet sein, und außenseitig an dem Außenkäfigring münden.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform Wälzlager weist das Wälzlager außenseitig mindestens ein Bord auf. Das Bord, oder die Borde, können bei einem Radiallager axial außenseitig, beispielsweise an dem inneren Lagerring ausgebildet sein, zur Aufnahme von Axialkräften zur Abstützung der Wälzkörper ausgebildet sein, wobei die Wälzkörper das Bord kontaktieren können. Die Borde können in Form von Bordscheiben ausgebildet sein. Der Schmierstoff kann über Schmierstoffführung zu Kontaktstelle zwischen Wälzkörpern und Bord geleitet werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Es zeigen:
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1: eine schematische Schnittansicht eines zweireihigen Wälzlagers mit einem Lagerkäfig;
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2: eine schematische, teilweise geschnittene Ansicht eines Lagerkäfige mit einer ersten Ausführungsform von Schmierstoffführungen;
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3: eine seitliche Schnittansicht des Lagerkäfigs in 2; und
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4: eine schematische Ansicht eines Lagerkäfigs mit einer zweiten Ausführungsform der Schmierstoffführungen.
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In 1 ist ein Wälzlager 10 in Form eines zweireihigen Zylinderrollenlagers mit einer Lagerachse 12 dargestellt. Das Wälzlager 10 weist einen inneren ersten Lagerring 14 und einen äußeren zweiten Lagerring 16 auf, die zueinander und zu der Lagerachse 12 konzentrisch angeordnet sind. Zwischen dem ersten Lagerring 14, welcher statisch sein kann, und dem zweiten Lagerring 16, welcher rotieren kann, sind Wälzkörper 18 in zwei axial beanstandeten Reihen angeordnet. Die Wälzkörper 18 weisen Rotationsachsen 36 auf, welche parallel zur Lagerachse 12 angeordnet sind. Zwischen den Reihen der Wälzkörper 18 ist axial innenseitig ein Käfigring 20 eines Lagerkäfigs 22 angeordnet. Der Käfigring 20 weist Stege 24 auf, die in einer axialen Richtung A zwischen zwei benachbarten Wälzkörpern 18 ausgebildet sind. Die Wälzkörper 18 werden innenseitig durch den Ringkäfig 20 und axial außenseitig jeweils durch einen Außenkäfigring 26 gehalten und von außen geführt, wobei die Außenkäfigringe 26 über die Stege 24 mit dem Käfigring 20 verbunden sind. Axial außenseitig ist an dem zweiten Lagerring 16 zur Abstützung der Wälzkörper 18 in axialer Richtung A axial außenseitig eine umlaufend ausgebildete Außenringschulter 28 ausgebildet. Zwischen dem ersten Lagerring 14 und der Außenringschulter 28 ist ein Radialspalt 30 ausgebildet. Der erste Lagerring 14 weist axial innenseitig, zwischen den Reihen der Wälzkörper 18 eine Lagerbohrung 32 auf, durch welche ein Schmierstoff, beispielsweise Öl, in das Wälzlager 10 eingebracht werden kann. Die Lagerbohrung 32 ist einer Auffangrinne 34, welche radial innenseitig an dem Käfigring 20 ausgebildet ist, gegenüberliegend angeordnet. Die Auffangrinne 34 weist einen runden Querschnitt auf und ist nach radial innen zur Aufnahme eines Teils des in das Wälzlager 10 durch die Lagerbohrung 32 eingebrachten Schmierstoffes geöffnet. Der Schmierstoff kann von der Auffangrinne 34 über die Stege 34 an den Wälzkörpern 18 vorbei zur Abfuhr von Wärme durch das Wälzlager 10 nach axial außen geleitet werden. Der andere Teil des Schmierstoffes, der nicht in die Auffangrinne 34 gelangt, kann an den Wälzkörpern 18 vorbei nach axial außen durch das Wälzlager 10 gelangen und dabei eine hinreichende Schmierung an den Kontaktstellen zwischen Wälzkörpern 18 und Lagerringen 14, 16 ermöglichen. Dadurch kann die Schmierstoffmenge zum Schmieren gering gehalten werden, wodurch Planschverluste verringert werden können, bei gleichzeitiger verbesserter Wärmeabfuhr aus dem Wälzlager 10.
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In 2 ist ein Lagerkäfig 22 in dargestellt. Der Lagerkäfig 22 weist einen mittig angeordneten Käfigring 20 auf, welcher über axial außenseitig angeordnete Außenkäfigringe 26 über Stege 24 verbunden ist. Der Käfigring 20 weist eine Auffangrinne 34 auf, welche fluidisch mit Schmierstoffführungen 38 in Form von Stegbohrungen 40 zum Leiten des Schmierstoffes von der Auffangrinne 34 nach axial außen verbunden ist. Die Stegbohrungen 40 erstrecken sich nach axial außen durch die Außenkäfigringe 26 hindurch. Die Stegbohrungen 40 weisen einen konstanten, runden Querschnitt auf. In 3 ist die fluidische Verbindung der auffangrinne 34 mit den innerhalb der Stege 24 ausgebildeten Stegbohrungen 40 dargestellt. Ein Transport des Schmierstoffes von der Auffangrinne 34 durch die radial weiter außen angeordneten Stegbohrungen 40 kann im Betrieb durch die Fliehkraft unterstützt werden, die auf den in der Auffangrinne 34 stehenden Schmierstoff wirkt. Eine weitere Ausgestaltungsform der Schmierstoffführungen 38 ist in 4 dargestellt. Die Schmierstoffführungen 38 sind dabei in Form von auffangrinnenseitig offenen Stegrinnen 42 ausgebildet, welche sich durch die Außenkäfigringe 26 nach axial außen erstrecken. Die Stegrinnen 42 weisen einen runde, halbkreisförmigen Querschnitt auf, welcher flacher ausgebildet ist als der Querschnitt der Auffangrinne 34.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Wälzlager
- 12
- Lagerachse
- 14
- erster Lagerring
- 16
- zweiter Lagerring
- 18
- Wälzkörper
- 20
- Käfigring
- 22
- Lagerkäfig
- 24
- Steg
- 26
- Außenkäfigring
- 28
- Außenringschulter
- 30
- Radialspalt
- 32
- Lagerbohrung
- 34
- Auffangrinne
- 36
- Rotationsachse
- 38
- Schmierstoffführung
- 40
- Stegbohrung
- 42
- Stegrinne
- A
- axiale Richtung
- R
- radiale Richtung
