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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Rollenhülse, insbesondere Nadelhülse, mit einer zylindrischen Außenfläche zur Übertragung einer Stützlast von einer Rollenhülsenaufnahme auf die Rollenhülse und mit einer zylindrischen Rolleninnenlaufbahn, wobei die Rollenhülse zur Aufnahme eines Rollenkranzes, der Rollenkranz bestehend aus einer Mehrzahl von Rollen, insbesondere Nadelrollen, vorgesehen ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Rollenlager und mit einem solchen Rollenlager gelagerte Wellen, insbesondere Getriebewellen.
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Hintergrund der Erfindung
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Rollenhülsen, insbesondere Nadelhülsen, werden aufgrund ihrer einfachen Herstellung und vielfältigen Anwendungen auch in großer Vielfalt eingesetzt. Rollenhülsen sind aus kalt umformbarem Stahlblech gefertigt und von daher äußerst effizient herstellbar. Trotz ihrer meist geringeren Stützlast im Vergleich zu spanend hergestellten Wälzlagern, erreichen Rollenhülsen mit dem jeweiligen Rollenkranz nichtsdestoweniger sehr akzeptable Stützlasten beziehungsweise Traglastcharakteristiken. Sie werden beispielsweise in Getrieben als Führungslager eingesetzt. Zudem sind Rollenhülsen, beziehungsweise auf diesen basierenden Lagerrungen, in der Lage Kräfte aus einer Wellendurchbiegung oder einer Unwucht aufzunehmen.
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Aufgrund des notwenigen Radialspiels der Rollenhülse, beziehungsweise Rollenlagerung, können durch die Rollen, insbesondere Nadelrollen, nachteilige Geräusche entstehen und weiter übertragen werden. Daher können aufwendige Radialspieleinschränkungen und Eingriffe in die Umgebung der Rollenhülsenaufnahme erforderlich sein, was sich bei einer typischen Anwendung im Getriebebereich meist als recht aufwendig erweist.
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Aus
DE 10 2011 088 868 A1 geht eine Rollenwälzlageranordnung hervor, insbesondere für eine Nadelhülse, die einen spanlos geformten dünnwandigen Außenring besitzt und zur Lagerung einer Welle eingesetzt wird.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rollenhülse, insbesondere Nadelhülse, anzugeben, die Geräusche, insbesondere durch Körperschallübertragung, verhindert, damit sich der akustische Mangel nicht auf andere Baueinheiten, wie zum Beispiel ein Getriebe, übertragen kann. Gleichzeitig soll sichergestellt sein, dass die üblichen Vorteile einer Rollenhülse, wie zum Beispiel deren einfache Herstellung etc., erhalten bleiben.
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Beschreibung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird bei einer Rollenhülse der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die zylindrische Rolleninnenlaufbahn exzentrisch zur zylindrischen Außenfläche angeordnet ist. Mit anderen Worten, die Mittenachsen der Zylinder, wobei die Zylinder jeweils durch die zylindrische Rolleninnenlaufbahn oder die zylindrische Außenfläche gebildet wird, liegen nicht koaxial aufeinander, sondern sind parallel zueinander angeordnet. Die Rollenhülse weist somit eine Radialdicke auf, die in Umfangsrichtung variiert und somit die erfindungsgemäße Exzentrizität herstellt. Durch die Exzentrizität stellt sich im Einbaufall eine radiale Verspannung der Lagerung ein, die Geräusche schon an der Entstehung hindert. Genauso werden bereits entstandene Geräusche im Sinne eines Körperschalls wirksam gedämpft. Daran ist vorteilhaft, dass durch die entstandene akustische Entkopplung der drehenden Teile von den feststehenden Teilen eine mechanische Schädigung des Rollenhülsenumfeldes nicht mehr eintreten kann oder zumindest der Benutzer einen gewissen Komfort genießt, der sich auf einem besonders ruhigen Wälzlagerbetrieb gründet.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Rollenhülse zumindest zum Teil aus einem im Wesentlichen ringförmigen Außenteil und einem im Wesentlichen ringförmigen Innenteil gebildet, wobei die zylindrische Außenfläche am ringförmigen Außenteil und die Rolleninnenlaufbahn am ringförmigen Innenteil ausgebildet ist. Durch diese Funktionstrennung ist es möglich die Rollenhülse aus zwei Ringen oder alternativ zwei Hülsen herzustellen, die jeweils unterschiedliche Funktionen aufweisen. Das ringförmige Außenteil und das ringförmige Innenteil können dabei derart ausgeführt werden, dass eine exzentrische Anordnung der zylindrischen Rolleninnenlaufbahn und der zylindrischen Außenfläche gewährleistet ist. Beispielsweise durch unterschiedliche Wanddicken oder einen ein- oder mehrmaterialigen Auftrag auf dem Innenteil und/oder Außenteil wird die exzentrische Anordnung der zylindrischen Rolleninnenlaufbahn zur zylindrischen Außenfläche gewährleistet.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform sind das ringförmige Außenteil und das ringförmige Innenteil radial mittels eines Zwischenringes beabstandet. Dabei ist der Zwischenring Zur exzentrischen Anordnung des ringförmigen Außenteils und des ringförmigen Innenteils zueinander vorgesehen. Mittels des Zwischenringes ist es möglich die Exzentrizität genauestens zu definieren und insbesondere das Außenteil und das Innenteil mit einer üblicherweise in Umfangsrichtung unveränderlichen Radialdicke, oder auch Wanddicke genannt, vorzusehen. Dies reduziert Herstellungskosten, zumal der Zwischenring aus einem relativ kostengünstigen Material hergestellt werden kann und Innenteil sowie Außenteil aus ebenfalls üblichen Materialien, wie zum Beispiel Stahlblech oder dergleichen hergestellt werden kann.
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Damit entsteht weiterhin der Vorteil einer geringen Bauteilvielfalt, zumal für eine bestimmte Exzentrizität der entsprechende Zwischenring produziert werden kann, wobei die verwendeten Außenteile und Innenteile für alle Produktvarianten identisch sein können.
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Vorteilhafterweise ist der Zwischenring dazu vorgesehen durch das Applizieren einer geringfügigen axialen Einpresskraft das Innenteil aufzunehmen. Entsprechendes gilt für das Außenteil, welches idealerweise mittels eines Kraftschlusses auf dem Zwischenring befestigbar ist. Dies birgt wiederum Herstellungsvorteile, zumal in diversen Zwischenschritten bei der Herstellung keine besonderen Befestigungsmaßnahmen durchgeführt werden müssen.
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Alternativ ist es möglich das ringförmige Innenteil und/oder das ringförmige Außenteil mit dem Zwischenring fest zu verbinden, indem beispielsweise eine Vulkanisierung oder ein Klebevorgang stattfindet.
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Vorteilhafterweise ist das Außenteil dazu vorgesehen den Zwischenring und/oder den Rollenkranz axial zu halten oder zu führen. Dies kann beispielsweise mit einem Bördelbord bewerkstelligt werden, der nach der Einbringung des Rollenkranzes, der gegebenenfalls von einem Käfig zusammengehalten wird, hergestellt wird. Alternativ ist zumindest ein Bord auch als Festbord ausführbar, der vor der Einbringung des Rollenkranzes gefertigt wird.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Zwischenring in Umfangsrichtung unterschiedliche Radialdicken auf. Dabei ist nicht notwendigerweise erforderlich, dass sich die Radialdicken in Umfangsrichtung kontinuierlich ändern, sondern es können durchaus unterschiedliche Radialdicken bestimmten Umfangsabschnitten zuordenbar sein, sodass eine stufige Struktur entsteht. Bei der Verbindung oder Aufnahme mit dem Außenteil- und/oder dem Innenteil entstehen hierbei zwar Lücken zwischen dem jeweiligen Teil und dem Zwischenring, die nicht ausgefüllt sind, jedoch kann es sich hierbei um eine sehr kostengünstige Lösung handeln, die dennoch zur gewünschten Exzentrizität führt. Zur Verbesserung oder Erhaltung der Lasteigenschaften ist es dennoch sinnvoll die Radialdicke in Umfangsrichtung kontinuierlich zu ändern, sodass möglichst keine Hohlräume oder Ausnehmungen entstehen.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Zwischenring eine zylindrische Innenseite und eine zylindrische Außenseite auf, wobei die genannten Seiten exzentrisch zueinander angeordnet sind. Der Zwischenring kann beispielsweise eine Bohrung aufweisen, deren Mittenachse parallel von der Mittenachse des durch die Außenseite des Zwischenringes gebildeten Zylinders beabstandet angeordnet ist. Somit kann durch die Festlegung des Bohrungspunktes eine Exzentrizität in Bezug auf die Außenseite des Zwischenringes festgelegt werden, wobei sich diese auf das Außenteil, beziehungsweise auf die zylindrische Außenfläche desselben überträgt. Wird das Innenteil ebenfalls mit einer konstanten Wanddicke ausgeführt, so überträgt sich die Exzentrizität auf dessen zylindrische Rolleninnenlaufbahn entsprechend.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform bewirkt die exzentrische Anordnung der zylindrischen Rollenlaufbahn in Bezug zur zylindrischen Außenfläche eine radiale Verspannung der Lagerstelle. Damit können Geräusche bereits in der Entstehung gehindert werden, aber auch ist es möglich Körperschall, der bereits existiert und übertragen wird, hierdurch effektiv zu dämpfen.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform isoliert der Zwischenring das ringförmige Außenteil vom ringförmigen Innenteil elektrisch, insbesondere wobei der Zwischenring aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt ist. Auf diese Weise kann die Rollenhülse nicht nur akustisch entkoppeln, sondern auch eine elektrische Entkopplung herbeiführen und eine Vielzahl von Komponenten, die im und am Antriebsstrang oder anderen Wellen aufweisenden Baueinheiten angeordnet sind, nachhaltig schützen.
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Vorteilhafterweise ist der Zwischenring zumindest teilweise aus einem Kunststoff, insbesondere Polyetheretherketon (PEEK), Polytetrafluorethylen (PTFE) oder Polyphenylensulfid (PPS), gebildet. Gleichermaßen bilden Polyamide, insbesondere P46 und PA66, vorteilhafte Materialien für den Zwischenring.
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Erfindungsgemäß kann ein Rollenlager, insbesondere Führungslager, mit einer erfindungsgemäßen Rollenhülse ausgestattet werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Rollenkranz entweder direkt auf einer Welle abrollt, auf die er bei der Installation aufgeschoben wird, oder das Rollenlager weist alternativ einen zusätzlichen Innenring auf, welcher die Rollenhülse radial innen, insbesondere im Auslieferungszustand, schützend abdeckt.
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Vorteilhafterweise weist eine Welle, insbesondere eine Getriebewelle, ein erfindungsgemäßes Rollenlager auf. Typischerweise werden Wellen von einer Vielzahl von Rollenlagern gegenüber einem Getriebegehäuse gelagert. Somit ist es möglich, dass die Exzentrizität eines jeden für die Welle verwendeten Rollenlagers im Hinblick auf dessen Position an der Welle eingestellt werden kann. Alternativ ist es auch möglich die Exzentrizität in Abhängigkeit von der Exzentrizität des benachbarten Rollenlagers festzulegen.
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Weitere vorteilhafte Ausbildungen und bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind der Figurenbeschreibung und/oder den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Im Folgenden wir die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert. Dabei zeigen:
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1 eine Nadelhülse mit Rollenkranz im Längsschnitt entlang der Rotationsachse, und
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2 einen Schnitt durch die Rollenhülse aus 1 ohne Rollenkranz in einer Ebene senkrecht zu Rotationsachse.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine Nadelhülse mit einem Rollenkranz im Längsschnitt entlang der Rotationsachse R. Die Nadelhülse wird gebildet aus einem Außenteil 10, einem Innenteil 13 und einem Kunststoffring 12, der zwischen den beiden Teilen 10, 13 angeordnet ist. Der Bördelbord 11 ist durch eine Kaltumformung des Außenteils 10 entstanden und bildet einen axialbegrenzenden Ring aus, der sowohl den Wälzkörperkäfig 15 mit den Rollen 14, als auch das als Ring ausgebildete Innenteil 13 axial abdeckt oder sogar begrenzt. Alternativ kann zumindest einer der beiden Borde 11 als Festbord ausgeführt sein, der bereits vor dem Einsetzen des Nadelkranzes ausgeformt ist.
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Die Nadelhülse ist neben der akustischen Entkopplung und Dämpfung des von der Welle ausgehenden Körperschalls im Kunststoffring 12 auch zur Führung der Nadelrollen 14 vorgesehen. Ferner übernimmt die Nadelhülse ihre Funktion im Hinblick auf die Verringerung der Radiallast.
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Vorteilhafterweise weist das Innenteil 13 eine Innenlaufbahn 17 auf, welche durch ein Standard-Härteverfahren die erforderliche Härte erhalten hat. Hierbei können verschiedene Arten der Wärmebehandlung oder auch eine Induktionshärtung eingesetzt worden sein.
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Ist das ringförmige Innenteil 13 am Kunststoffring 12 derart befestigt, dass es auch von diesem axial gehalten wird, so kann sichergestellt werden, dass auch eine elektrische Isolierung der Wälzkörper 14 von der Rollenhülsenaufnahme 18 umgesetzt ist. Weiter ist hierfür erforderlich, dass der Wälzkörperkäfig 15 eine fortwährende Beabstandung der Wälzkörper 14, die aus Wälzlagerstahl gefertigt sind, von dem Bördelbord 11 gewährleistet.
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An der Längsschnittdarstellung der 1 ist erkennbar, dass unterschiedliche Radialdicken Δri, auch Wanddicken genannt, in Umfangsrichtung vorgesehen sind. In der Schnittdarstellung sind lediglich Δr1, im oberen Teil der Abbildung und Δr2 im unteren Teil der Abbildung zu erkennen, wobei Δr1 > Δr2 gilt. Somit ist die Mittenachse des Innenteils 13 im nichtinstallierten Zustand nicht konzentrisch mit der Mittenachse des Außenteils 10 angeordnet. Diese Entfernung der beiden genannten Mittenachsen voneinander bildet die Exzentrizität der Nadelhülse. Ausschlaggebend ist letztendlich die Position der zylindrischen Außenfläche 16 und der zylindrischen Rollenlaufbahn 17 zueinander. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weisen das Außenteil 10 und das Innenteil 13 per se keine Exzentrizität auf. Die Exzentrizität wird durch den Kunststoffring 12 ausschließlich hergestellt. Dies ist nicht zwingend erforderlich, führt aber zu einer sehr kostengünstigen Herstellung der Nadelhülsen.
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Wenn man die Radialdicke Δr2 als die minimale Radialdicke des Kunststoffteils 12 definiert und die zugehörige Radialdicke Δr1 als größte Radialdicke des Kunststoffrings 12, so kann die Exzentrizität aus 1 abgelesen werden, sofern der Teilkreisradius TKR der Nadelrollen 14 bekannt ist. Ein mögliche Definition der Exzentrizität E ist: E = Δr1 – Δr2.
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2 zeigt die Nadelhülse aus 1 in einer Schnittebene, die senkrecht zur Rotationsachse R orientiert ist.
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Es ist deutlich zu erkennen, dass die gesamte Radialdicke D1 am größten und die gesamte Radialdicke D2 am kleinsten ist. An den gleichen Umfangsstellen finden sich die größte Radialdicke Δr1 des Kunststoffrings 12, beziehungsweise die kleinste Radialdicke Δr2 des Kunststoffrings 12. Alle anderen Umfangsstellen weisen eine gesamte Radialdicke, beziehungsweise eine Radialdicke des Kunststoffrings 12, auf, die im jeweiligen Intervall [Δr1; Δr2] oder [D1; D2] liegt. Es ist deutlich zu erkennen, dass sich die Radialdicken in Umfangsrichtung kontinuierlich ändern und somit eine flächig aufliegende Anordnung des Außenteils 10 in Bezug zum Innenteil 13 garantieren. Außerdem wird die Herstellung dadurch erleichtert. Es ist nämlich möglich, dass ein ringförmiges Bauteil, welches idealerweise aus Kunststoff besteht, nicht zentrisch, sondern exzentrisch durchbohrt wird, sodass der Kunststoffring 12 die erforderliche Exzentrizität aufweist.
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Alternativ kann der Kunststoffring 12 auch mittels eines Spritzgussverfahrens hergestellt sein, womit der Kunststoffring 12 bereits mit der erforderlichen Exzentrizität geschaffen wird ohne dass ein weiterer Herstellungsschritt, wie zum Beispiel die zuvor erwähnte exzentrische Bohrung, erforderlich würde.
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Vorteilhafterweise sind Innenteil 13 und/oder Außenteil 10 wahlweise als Ring, Hülse oder Büchse ausführbar, womit eine entsprechende Anwendung oder ein Einsatzgebiet der Rollenhülse, insbesondere Nadelhülse, entsprechend berücksichtigt werden kann.
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Auch die Nadelrolle des Ausführungsbeispiels der 1 und 2 kann ohne weiteres vor dessen Installation auf einer Welle befettet werden. Die Installation selbst gestaltet sich genau wie die Installation von üblichen Rollenhülsen, beziehungsweise Nadelhülsen.
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Es ist ebenfalls möglich, dass die Borde 11 nicht am Außenteil 10, sondern zumindest einer oder beide Borde 11 am Innenteil 13 ausgebildet ist/sind.
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Zusammenfassend betrifft die Erfindung eine Rollenhülse, insbesondere Nadelhülse, mit einer zylindrischen Außenfläche 16 zur Übertragung einer Stützlast von einer Rollenhülsenaufnahme 18 auf die Rollenhülse und mit einer zylindrischen Rolleninnenlaufbahn 17, wobei die Rollenhülse zur Aufnahme eines Rollenkranzes vorgesehen ist. Eines der erklärten Ziele ist es, akustische Geräuschgenerierung und Übertragung von Körperschall nachhaltig zu vermeiden beziehungsweise zu dämpfen. Dies wird dadurch erreicht, dass die zylindrische Rolleninnenlaufbahn 17 exzentrisch zur zylindrischen Außenfläche 16 angeordnet wird. Dazu wird vorgeschlagen, dass beispielsweise ein Kunststoffring 12 zwischen ein Außenteil 10 und ein Innenteil 13 der Rollenhülse angeordnet wird, wobei die zylindrische Rolleninnenlaufbahn 17 an dem Innenteil 13 und die zylindrische Außenfläche 16 an dem Außenteil 10 ausgebildet ist. Somit ist es möglich durch eine entsprechende Dimensionierung des Zwischenringes 14 eine Exzentrizität zu garantieren, die zu der gewünschten Geräuschunterdrückung führt.
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Bezugszeichenliste
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- D1
- erste Radialdicke der Rollenhülse
- D2
- zweite Radialdicke der Rollenhülse
- R
- Rotationsachse
- TKR
- Teilkreisradius
- Y
- zweite Raumrichtung senkrecht zur Rotationsachse R
- Z
- dritte Raumrichtung senkrecht zur Rotationsachse R und der zweiten Raumrichtung Y
- Δr1
- erste Radialdicke des Kunststoffzwischenrings 12
- Δr2
- zweite Radialdicke des Kunststoffzwischenrings 12
- 10
- Außenteil
- 11
- Bördelbord
- 12
- Zwischenring
- 13
- Innenteil
- 14
- Nadelrollen
- 15
- Käfig
- 16
- zylindrische Außenfläche
- 17
- Zylindrische Rollenlaufbahn
- 18
- Lageraufnahme
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011088868 A1 [0004]
