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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Wälzlager mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, und sie ist insbesondere vorteilhaft an Kugellagern realisierbar.
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Hintergrund der Erfindung
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Wälzlager weisen in den meisten Ausführungsformen zwei Laufringe mit Laufbahnen auf, zwischen denen Wälzkörper angeordnet sind, die auf den Laufbahnen abwälzen. Aufgrund des konstruktiven Aufbaus erlauben Wälzlager bereits eine reibungsarme Relativverdrehung zwischen den genannten Laufringen. Um jedoch die Reibung weiter herabzusetzen, ist es üblich, die Wälzlager mit einem Schmiermittel zu schmieren. Die Schmierung erfolgt dabei insbesondere mittels Schmierfett oder Schmieröl. Es kann vorgesehen sein, dass das Schmiermittel dem Wälzlager im Betrieb zugeführt wird oder dauerhaft als Lebensdauerschmierung in dem Wälzlager angeordnet ist.
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Zur Führung der Wälzkörper in dem Wälzlager weisen diese oftmals Käfige auf. Beispielsweise offenbart die Druckschrift
DE 199 37664 A1 , die wohl den nächstliegenden Stand der Technik bildet, einen Schnappkäfig aus Kunststoff für ein Wälzlager mit über den Umfang verteilten, dünnwandigen, schalenartigen Taschenteilen, welche durch Stege einstückig miteinander verbunden sind.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wälzlager mit einer verbesserten Schmiermittelversorgung vorzuschlagen.
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Beschreibung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird durch ein Wälzlager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Im Rahmen der Erfindung wird ein Wälzlager vorgeschlagen, welches bevorzugt als Radiallager ausgebildet ist. Das Wälzlager umfasst eine Innenlaufbahn und eine Außenlaufbahn sowie eine Mehrzahl von Wälzkörpern, welche zwischen der Innenlaufbahn und der Außenlaufbahn abwälzend angeordnet sind. Die Innenlaufbahn und die Außenlaufbahn können in Laufringen oder in Abschnitten eines angrenzenden Bauteils, wie z.B. in einer Welle oder in einem das Wälzlagers aufnehmenden Gehäuse angeordnet sein. Bevorzugt sind die Wälzkörper einreihig in dem Wälzlager angeordnet.
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Das Wälzlager umfasst ferner einen Käfig, welcher zur Führung und/oder Beabstandung der Wälzkörper in Umfangsrichtung ausgebildet ist. Besonders bevorzugt ist der Käfig aus einem Kunststoff gefertigt, da Kunststoff besonders große Gestaltungsmöglichkeiten hinsichtlich der Form erlaubt. Der Käfig definiert eine Umlaufrichtung und eine Umlaufgegenrichtung um einen Lagerachse, wobei die Umlaufgegenrichtung gegensinnig zu der Umlaufrichtung ausgerichtet ist. Der Käfig umfasst eine Mehrzahl von Stegabschnitten, wobei zwischen Stegabschnitten Taschen in dem Käfig ausgeformt sind, in denen die Wälzkörper angeordnet sind.
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Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass auf einer Außenseite der Stegabschnitte, vorzugsweise auf einer radialen Außenseite der Stegabschnitte, zwischen den Taschen jeweils ein gestufter und/oder kontinuierlicher Staukonturabschnitt zum Stauen von einem Schmiermittel in die Umlaufrichtung angeordnet ist. Die Staukonturabschnitte weisen eine gemeinsame Vorzugsstaurichtung auf, die in die Umlaufrichtung ausgerichtet ist. Beispielsweise können die Staukonturabschnitte rampenförmig ausgebildet sein, wobei die Rampe mit dem Rampenanfang in Richtung der Vorzugsstaurichtung zeigt. Besonders bevorzugt sind die Staukonturabschnitte ausgebildet, sodass der Käfig in der Gesamtheit wie ein Schaufelrad in die Vorzugsstaurichtung wirkt. In axialer Richtung erstrecken sich die Staukonturabschnitte vorzugsweise über mindestens 75 % und im speziellen über die Gesamtbreite der Wälzkörper. Insbesondere sind die Staukonturabschnitte nur unidirektional in die Vorzugsstaurichtung wirkend ausgebildet.
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Der Vorteil der Erfindung ist, dass durch die Staukonturabschnitte der Transport von Schmiermittel von der Außenlaufbahn zu der Innenlaufbahn unterstützt wird. Jeder der Staukonturabschnitte staut an der Außenlaufbahn das Schmier-mittel und drückt dieses damit in Richtung der in Umlaufrichtung oder Vorzugsrichtung vorlaufenden, benachbarten Tasche. Auf diese Weise wird ein Schmier-mittelüberschuss an der vorlaufenden Tasche generiert, wobei die Wälzkörper derart rotieren, dass zu Beginn der vorlaufenden Tasche das Schmiermittel in den Zwischenraum zwischen Wälzkörper und Käfig hinein transportiert und damit zur Innenlaufbahn geführt wird. Nachdem sich gezeigt hat, dass gerade die Innenlaufbahn des Wälzlagers oftmals schlecht mit Schmiermittel versorgt wird, ist es eine Überlegung der Erfindung, durch die Staukonturabschnitte mit Vorzugsstaurichtung durch den genannten Mechanismus die Zufuhr von Schmiermittel in den unterversorgten Bereich zu verbessern und damit die Schmiermittelversorgung des Wälzlagers insgesamt zu verbessern.
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Bei einer möglichen konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung weist der Staukonturabschnitt jeweils einen äußeren Wandbereich und einen Auslaufbereich auf. Der Begriff des äußeren Wandbereichs bezieht sich auf den Wandbereich, der auf der Außenseite der Stegabschnitte angeordnet ist, wie diese zuvor definiert wurde. Der äußere Wandbereich steht gegenüber dem Auslaufbereich in außenseitiger Richtung über. Der Auslaufbereich erstreckt sich von dem äußeren Wandbereich bis zur nächsten Tasche in Umlaufrichtung. Durch diese konstruktive Ausgestaltung bildet der Wandbereich eine Staufläche, die das Schmier-mittel über den Auslaufbereich in Richtung der in Umlaufrichtung nächsten Tasche befördert. Diese Ausgestaltung unterstreicht nochmals, dass die Staukonturabschnitte eine Vorzugsstaurichtung aufweisen, die sich bei dieser konstruktiven Ausgestaltung von dem äußeren Wandbereich entlang des Auslaufbereichs erstreckt.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung trägt der äußere Wandbereich an seiner der angrenzenden Tasche zugewandten Seite einen ersten Führungsbereich für den Wälzkörper, der in der Tasche angeordnet ist. Im Betrieb wird der Wälzkörper durch den ersten Führungsbereich in Umlaufrichtung beziehungsweise Umlaufgegenrichtung geführt. Durch diese kompakte Ausgestaltung wird die Eigenschaft der Staukonturabschnitte, in Vorzugsstaurichtung zu stauen, unterstützt.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Wälzlager als Kugellager und zwar als Radialkugellager ausgebildet, wobei die Wälzkörper als Kugeln, insbesondere aus Metall oder Keramik, realisiert sind. In dieser Ausgestaltung ist es bevorzugt, dass die Innenlaufbahn auf einem Innenring und/oder die Außenlaufbahn auf einem Außenring angeordnet sind. Alternativ hierzu können Innenlaufbahn oder Außenlaufbahn auch auf einer entsprechenden Anschlusskonstruktion angeordnet sein. In dieser Ausgestaltung ist es insbesondere bevorzugt, dass die Außenseite der Stegabschnitte der radialen Außenseite des Käfigs entspricht. In dieser Ausgestaltung ergibt sich ein vorzugsweise umlaufend geschlossener äußerer Schmiermittelbereich, der radial außenliegend zu dem Käfig liegt und der den Bereich zwischen den Kugeln und der Außenlaufbahn schmiert sowie ein vorzugsweise umlaufend geschlossener innerer Schmiermittelbereich, der radial innenliegend zu dem Käfig liegt und der den Bereich zwischen den Kugeln und der Innenlaufbahn schmiert. In dieser Ausgestaltung sind die Vorteile der Erfindung besonders stark ausgeprägt, da die Staukonturabschnitte das Schmiermittel im äußern Schmiermittelbereich in Richtung in Bezug auf die Vorzugsstaurichtung und/oder Umlaufrichtung nachfolgende Tasche beziehungsweise Kugel stauen oder drücken. Durch die Relativrotation der Kugel zu dem Käfig, wenn sich der Käfig in Umlaufrichtung dreht, wird das aufgestaute Schmiermittel zwischen Kugel und Käfig durch die Rotation der Kugel „eingesaugt“ und in den inneren Rotation der Kugel „eingesaugt“ und in den inneren Schmiermittelbereich transportiert. Auf diese Weise ist ein Schmiermitteltransport von dem überversorgten äußeren Schmiermittelbereich zu dem üblicherweise unterversorgten inneren Schmiermittelbereich gewährleistet.
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In einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung umfasst der äußere Wandbereich einen Kugelschalenabschnitt, der koaxial zu der in der Tasche angeordneten Kugel ausgebildet ist. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass durch den äußeren Wandbereich zum einen das Schmiermittel gestaut wird und zum anderen, dass der Käfig in tangentialer Richtung senkrecht zur Umlaufrichtung versteift wird.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist auf der Innenseite der Stegabschnitte ein innerer Wandbereich angeordnet, welcher an seiner der Tasche zugewandten Seite einen zweiten Führungsbereich für den Wälzkörper in der Tasche trägt. Der innere Wandbereich ist in Bezug auf die Tasche gegenüberliegend zu dem äußeren Wandbereich angeordnet. Besonders bevorzugt ist in dieser Weiterbildung der Käfig als ein Schnappkäfig ausgebildet. Durch den inneren Wandbereich wird ein ausreichend großer Umgriff der in der Tasche angeordneten Kugel gewährleistet, so dass die Kugel verliersicher gehalten ist.
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Es ist sogar besonders bevorzugt, dass der erste und der zweite Führungsabschnitt in Bezug auf den als Kugel ausgebildeten Wälzkörper in der Tasche diametral gegenüberliegend zueinander angeordnet sind. Insbesondere sind der erste und zweite Führungsabschnitt um 180 Grad in Bezug auf eine Rotationsachse des Wälzkörpers, welche parallel zu der Lagerachse und durch den Mittelpunkt der Kugel als Wälzkörper geht, zueinander verdreht.
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Es ist ferner besonders bevorzugt, dass der innere Wandbereich und der äußere Wandbereich zueinander achsensymmetrisch zu der Rotationsachse ausgebildet sind. In einer seitlichen Draufsicht ergibt sich in dieser Ausgestaltung ein verdrehtes Design der Wandbereiche für die Tasche (twisted design).
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung erstrecken sich der innere und der äußere Wandbereich in axialer Richtung so weit, dass diese freie Schnappfortsätze bilden, welche zum einen die Kugeln als Wälzkörper umgreifend halten, so dass diese unverlierbar oder selbstsichernd in dem Käfig angeordnet sind und zum einen aufgrund eines Freiraums zwischen zwei angrenzenden Schnappfortsätzen ausgelenkt werden können, so dass die Kugel in die Tasche eingeführt werden kann.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Wälzlager Dichtungseinrichtungen auf, welche so ausgebildet und/oder angeordnet sind, dass diese den Wälzkörperraum gegenüber der Umgebung schmiermitteldicht abdichten. Besonders bevorzugt ist der Wälzkörperraum mit dem Schmiermittel insbesondere als Lebensdauerschmierung gefüllt. Das Schmiermittel kann beispielsweise als ein Schmierfett ausgebildet sein, es ist jedoch mehr bevorzugt, wenn das Schmiermittel als ein Schmieröl ausgebildet ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkung der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
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1 eine schematische Draufsicht in axialer Richtung auf ein Wälzlager als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2a eine schematische dreidimensionale Darstellung eines Käfigs des Wälzlagers in der 1 in Gesamtdarstellung;
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2b eine schematische dreidimensionale Darstellung eines Käfigs des Wälzlagers in der 1 in Detaildarstellung.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt in einer schematischen Draufsicht ein Wälzlager 1 als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Wälzlager 1 ist als ein Radialkugellager ausgebildet und umfasst einen Innenring 2 sowie einen Außenring 3, auf denen jeweils eine Laufbahn angeordnet ist, auf denen zwischen Innenring 2 und Außenring 3 angeordnete Kugeln 4 als Wälzkörper abrollen beziehungsweise abwälzen. Die Kugeln 4 sind in einem Käfig 5 aufgenommen, welcher – wie es sich auch aus den nachfolgenden Figuren ergibt – als ein Kammkäfig ausgebildet ist, der die Kugeln 4 formschlüssig und verliersicher hält. Der Käfig 5 kann auch als ein Schnappkäfig bezeichnet werden.
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Im Betrieb rotieren Innenring 2 und Außenring 3 relativ zueinander um eine Lagerachse L, wobei der Innenring 2 gemäß Pfeil 6 in Uhrzeigerrichtung rotiert, die Kugeln 4 gemäß Pfeil im Gegenuhrzeigersinn auf dem Innenring 2 und auf dem Außenring 3 abrollen, so dass der Käfig 5 in Uhrzeigerrichtung um die Lagerachse L bewegt wird 7. Alternativ zu dieser Betriebssituation wird der Außenring 3 im Gegenuhrzeigersinn bewegt und der Innenring 2 ist stationär, wobei jedoch der Käfig 5 wieder im Uhrzeigersinn rotiert wird. Diese Richtung wird im Folgenden auch als Umlaufrichtung, die Gegenrichtung als Umlaufgegenrichtung bezeichnet.
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Der Käfig 5 ist umlaufend geschlossen ausgebildet und umfasst eine Mehrzahl von Stegabschnitten 8 und zwischen den Stegabschnitten 8 angeordnete Taschen 9, welche die Kugeln 4 unverlierbar, selbsthaltend und/oder formschlüssig aufnehmen. Auf der der Darstellung in der 1 abgewandten Seite sind die Stegabschnitte 8 über einen Seitenringabschnitt 10 (2a) miteinander verbunden.
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Das Wälzlager 1 ist mit einem Schmieröl als Schmiermittel 11 versorgt. Die Versorgung mit dem Schmiermittel 11 kann durch eine aktive oder passive Zuführung des Schmiermittels 11 erfolgen. Alternativ ist das Wälzlager 1 lebensdauergeschmiert, wobei mittels nicht dargestellter Dichtungseinrichtungen der Wälzkörperraum gegenüber der Umgebung so abgedichtet ist, dass kein Schmiermittel 11 aus dem Wälzkörperraum austreten kann. Durch die Lage des Käfigs 5 in dem Wälzkörperraum zwischen dem Innenring 2 und dem Außenring 3 wird ein innerer Schmiermittelbereich 12 gebildet, welcher sich in radialer Richtung zwischen dem Innenring 2 und dem Käfig 5 erstreckt und damit den Kontakt zwischen den Kugeln 4 und dem Innenring 2 mit Schmiermittel versorgt. Ferner wird ein äußerer Schmiermittelbereich 13 gebildet, der zwischen dem Käfig 5 und dem Außenring 3 angeordnet ist und den Kontaktbereich zwischen den Kugeln 4 und dem Außenring 3 mit Schmiermittel 11 versorgt.
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Auf der radialen Außenseite der Stegabschnitte 8 ist jeweils ein Staukonturabschnitt 14 angeformt, der einen äußeren Wandbereich 15 sowie einen Auslaufbereich 16 umfasst. Der Staukonturabschnitt 14 weist eine Vorzugsstaurichtung auf, welche von dem äußeren Wandbereich 15 über den Auslaufbereich 16 zu einer in Umlaufrichtung nachfolgenden Tasche 9 des Käfigs 5 gerichtet ist. Der Staukonturabschnitt 14 ist gestuft ausgebildet, wobei der äußere Wandbereich 15 einen Bereich mit einem größeren Durchmesser definiert als der Auslaufbereich 16. Der Auslaufbereich 16 schließt sich unmittelbar an den äußeren Wandbereich 15 an und endet beim Eingang in die in Umlaufrichtung vorlaufende Tasche 9. Der Staukonturabschnitt 14 ist so ausgebildet, dass es bei einer Dre-hung des Käfigs 5 in die Vorzugsrichtung eine höhere Stauwirkung zu der nachfolgenden Tasche 9 ergibt als bei einer Drehung in die Umlaufgegenrichtung.
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Bei einer Drehung des Käfigs 5 in die Umlaufrichtung/Vorzugsstaurichtung wird Schmiermittel 11 des äußeren Schmiermittelbereichs 13 gestaut, sodass die in Vorzugsrichtung/Umlaufrichtung vorlaufende Tasche 9 besonders gut mit Schmiermittel 11 versorgt wird. Durch die Rotation der Kugel 4 der vorlaufenden Tasche 9 gegen die Uhrzeigerrichtung wird erreicht, dass in einem Zwischenbereich zwischen der Kugel 4 und dem Käfig 5 das Schmiermittel 11 aus dem aufgestauten Bereich des äußeren Schmiermittelbereichs 13 in den inneren Schmiermittelbereich 12 transportiert wird. Auf diese Weise wird bewirkt, dass das Schmiermittel 11, welches sich aus Gründen der Zentrifugalkraft eher in dem äußeren Schmiermittelbereich 13 anlagert, in den inneren Schmiermittelbereich 12 transportiert wird. Somit dient der Staukonturabschnitt 14 zur Verbesserung der Schmiermittelversorgung des Wälzlagers 1.
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Aus den 2a und 2b ist ersichtlich, dass der äußere Wandbereich 15 einen Kugelschalenabschnitt um die Kugel 4, welche in der Tasche 9 angeordnet ist, umfasst. An der Innenseite des äußeren Wandbereichs 15 weist dieser einen koaxial und konzentrisch zu der Kugel 4 ausgebildeten ersten Führungsbereich 17 auf, welcher die Kugel 4 im Betrieb führt. Auf der der Kugel 4 in der Tasche 9 abgewandten Seite des äußeren Wandbereichs 15 ist dieser bei diesem Ausführungsbeispiel mit geraden Kanten modelliert, welche jedoch ebenfalls eine konzentrische Form zu der Kugel 4 umschreiben. Insbesondere ist der äußere Wandbereich 15 in radialer Richtung zu der Lagerachse L betrachtet höher ausgebildet als der Auslaufbereich 16.
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Wie sich insbesondere in einer Zusammenschau der 1, 2a und 2b zeigt, weist der Käfig 5 an der radialen Innenseite einen inneren Wandbereich 18 auf, welcher an seiner Tascheninnenseite einen zweiten Führungsbereich 19 trägt und der – in ähnlicher Weise wie der äußere Wandabschnitt 15 – gegenüber dem Stegabschnitt 8 in radialer Richtung, in diesem Fall in radialer Richtung nach innen, übersteht. Der Führungsbereich 19 führt die Kugel 4 im Betrieb.
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Wie sich insbesondere aus der Darstellung in der 1 ergibt, sind der innere und der äußere Wandbereich 15, 18 achsensymmetrisch zueinander und zu einer Rotationsachse der Kugel 4, welche axial ausgerichtet ist und durch den Mittelpunkt der Kugel 4 geht, ausgebildet und zueinander um 180° verdreht. An den freien Endbereichen der inneren und äußeren Wandbereiche 15, 18 sind Schnappfortsätze 20, 21 angeordnet, welche in Umlaufrichtung beziehungsweise Umlaufgegenrichtung ausgelenkt werden können und auf diese Weise die Kugeln 4 aufnehmen können. Ferner weist der Käfig 5 Schmiermittelöffnungen 22 auf, welche in axialer Richtung ausgerichtet sind und koaxial zu dem Mittelpunkt beziehungsweise der Schwenkachse der Kugeln 4 ausgerichtet sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wälzlager
- 2
- Innenring
- 3
- Außenring
- 4
- Kugeln
- 5
- Käfig
- 6
- Pfeil
- 7
- Pfeil
- 8
- Stegabschnitte
- 9
- Taschen
- 10
- Seitenringabschnitt
- 11
- Schmiermittel
- 12
- innerer Schmiermittelbereich
- 13
- äußerer Schmiermittelbereich
- 14
- Staukonturabschnitt
- 15
- äußerer Wandbereich
- 16
- Auslaufbereich
- 17
- erster Führungsbereich
- 18
- innerer Wandbereich
- 19
- zweiter Führungsbereich
- 20
- Schnappfortsatz
- 21
- Schnappfortsatz
- 22
- Schmiermittelöffnungen
- L
- Lagerachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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