DE102014213879A1

DE102014213879A1 - Lager

Info

Publication number: DE102014213879A1
Application number: DE102014213879.5A
Authority: DE
Inventors: Fred Menig; Michael Neeb
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2014-07-16
Filing date: 2014-07-16
Publication date: 2016-01-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lager (1), umfassend zumindest einen Lagerinnenring (2) und einen Lageraußenring (3). Um das Lager vor metallischen Partikeln zu schützen, sieht die Erfindung vor, dass in einem Bereich des Lagers (1) mindestens eine Ringnut (4) eingearbeitet ist, wobei in der Ringnut (4) mindestens ein Magnet (5) befestigt ist, wobei die Ringnut (4) unter Berücksichtigung des durch den mindestens einen Magneten (5) eingenommenen Volumens einen verbleibenden Aufnahmeraum (6) für metallische Partikel (7) bildet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lager, umfassend zumindest einen Lagerinnenring und einen Lageraußenring.
Bei vielen Anwendungen von Lagern, insbesondere in Getrieben, besteht die Problematik, dass sich im Betrieb der Maschinenanordnung, die das Lager umfasst, kleine Metallpartikel von den Bauteilen lösen können. Beispielsweise können sich in Getrieben beim Abwälzen der Zahnflanken im Zahneingriff einer Verzahnungsstufe winzige Späne lösen. Um diese nicht in der Maschinenanordnung zu belassen, wird versucht, Filtersysteme einzusetzen, die in die Schmierstoffversorgung integriert sind und die die Stahlspäne zurückzahlen bzw. ausfiltern sollen.
Häufig werden hierzu sog. Bypass-Filtersysteme verwendet; diese können allerdings nie völlig sicherstellen, dass das Schmiermittel stets frei von Metallpartikeln ist.
Bei Anwendungen im Getriebebau kommt für die Schmierung der Wälzlager meist eine Ölsumpfschmierung zum Einsatz, bei der also das Lager in Öl eintaucht. Wenn das Öl nicht hinreichend von Metallpartikeln gereinigt ist, können die metallischen Partikeln in das Lager gelangen. Die sehr kleinen gehärteten Metallspäne dringen dann in das Wälzlager ein und werden von den Wälzkörpern überrollt. Dies führt bei Getriebeanwendungen sehr häufig zu Wälzlagerausfällen.
Um dem zu begegnen, werden Wälzlager häufig abgedichtet; sie benötigen dann allerdings nachteilig eine externe Schmierstoffzufuhr, was hohe Kosten für die Dichtung und für die externe Schmierstoffzufuhr bedeutet. Eine andere Möglichkeit, dem genannten Problem zu begegnen, ist, die Wälzlager mit einer Hartstoffbeschichtung zu versehen oder aus Sonderwerkstoffen zu fertigen. Dies verursacht aber gleichermaßen hohe Kosten.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Lager besser als bislang und effizient sowie kostengünstig vor metallischen Partikeln zu schützen.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in einem Bereich des Lagers mindestens eine Ringnut eingearbeitet ist, wobei in der Ringnut mindestens ein Magnet befestigt ist, wobei die Ringnut unter Berücksichtigung des durch den mindestens einen Magneten eingenommenen Volumens einen verbleibenden Aufnahmeraum für metallische Partikel bildet.
Die Ringnut kann dabei an einer radial außenliegenden Seite des Lagerinnenrings angeordnet sein. Sie kann auch an einer radial innenliegenden Seite des Lageraußenrings angeordnet sein. Weiterhin kann die Ringnut an einer Stirnseite oder einer radial innen- oder außenliegenden Seite eines Lagerkäfigs angeordnet sein.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind mehrere Magnete in Umfangsrichtung aufeinander folgend in der Ringnut angeordnet. Die einzelnen Magnete können in diesem Falle als sich segment- bzw. sektorartig erstreckende Teile ausgebildet sein.
Der mindestens eine Magnet kann gemäß einer Weiterbildung über ein Trägermaterial in der Ringnut befestigt sein. Die Befestigung des mindestens einen Magneten bzw. des Trägermaterial kann beispielsweise durch Kleben, Klemmen, Schrauben oder Nieten erfolgen. Das Trägermaterial ist dabei bevorzugt ein ferromagnetisches, paramagnetisches oder diamagnetisches Material.
Das vorgeschlagene Lager ist bevorzugt als Wälzlager ausgeführt.
Demgemäß stellt die vorgeschlagene Lösung eine effiziente und kostengünstige Möglichkeit zur Steigerung der Zuverlässigkeit insbesondere bei Wälzlageranwendungen zur Verfügung, was insbesondere bei Getriebeanwendungen vorteilhaft zur Geltung kommt. Basis der vorliegenden Idee ist es, dass eine Vorrichtung bereitgestellt wird, mit der kleine Metallspäne aus dem Schmiermedium ausgesondert und in einem Sammelraum festgehalten werden.
Die hierfür vorgesehene Nut kann am Schulterdurchmesser des Innenrings oder Außenrings des Lagers vorgesehen werden, aber beispielsweise auch am Käfig des Lagers im Bereich von Schmiernuten des Käfigs, wobei der Käfig bevorzugt aus Messing besteht.
Es können magnetische Segmente (bzw. Sektoren) vorgesehen werden, die die Metallpartikeln (Späne) direkt oder über eine Anbindung an ein magnetisierbares Material im Aufnahmeraum für die Partikeln zurückhalten. Demgemäß kann der Magnet bzw. können die Magneten in ein Material eingebettet sein, das magnetisierbar ist. Hier ist insbesondere an ein diamagnetisches Material oder an ein sog. Mu-Metall gedacht. Mu-Metall ist eine weichmagnetische Nickel-Eisen-Legierung (ca. 70 bis 81 % Nickel, eventuell auch Spuren von Molybdän, Kobalt, Chrom oder Mangan) hoher magnetischer Permeabilität. Dieses Material ist besonders gut für die Abschirmung niederfrequenter Magnetfelder geeignet, was vorliegend vorteilhaft ist.
Die geometrische Gestaltung der Ringnut sowie der Magneten bzw. des mit diesem in Verbindung stehenden magnetisierbaren Materials werden so gewählt, dass eine hinreichend große Aufnahmekammer für Späne zur Verfügung steht.
Generell wird hierbei angestrebt, dass möglich wenig magnetisches Material eingesetzt wird, um die Funktionalität des Lagers selber nicht zu beeinflussen.
Die Befestigung des Magneten bzw. des magnetisierbaren Materials, das mit dem Magneten in Verbindung steht, kann durch Kleben, Klemmen, Nieten, Schrauben und ähnliche Techniken erfolgen.
Die bevorzugte Anwendung der vorgeschlagenen Idee sind der Getriebebau sowie Anwendungen, bei denen typischerweise relativ viel metallische Partikel auftreten, beispielsweise Tischantriebe von Werkzeugmaschinen.
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 den Radialschnitt durch ein Wälzlager und
2 im Radialschnitt den linken oberen Eckbereich des Lagerinnenrings des Lagers nach 1 mit einer Vorrichtung zum Sammeln von metallischen Spänen, die in 1 nicht dargestellt ist.
In 1 ist ein Lager 1 in Form eines Wälzlagers zu sehen; konkret ist hier das Beispiel einer Rillenkugellagers gewählt. Das Lager 1 hat einen Lagerinnenring 2 und einen Lageraußenring 3, wobei Kugeln 10 zwischen den Lagerringen 2, 3 in bekannter Weise angeordnet sind, die in Laufbahnen der Lagerringe 2, 3 abrollen können. Dargestellt ist auch noch ein Lagerkä8, der die Kugeln 10 in bekannter Weise führt.
Um den Kontaktbereich zwischen den Lagerringen 2, 3 und den Kugeln 10 vor metallischen Partikeln zu schützen, ist mindestens eine Vorrichtung an den Lagerringen bzw. am Käfig vorgesehen, wie sie in 2 skizziert ist. Hier ist die Vorrichtung im linken Seitenbereich des Lagerinnenrings 2 dargestellt; eine oder mehrere entsprechende weitere Vorrichtungen können an der rechten Seite des Lagerinnenrings 2 und/oder am Lageraußenring 3 bzw. am Kä8 vorgesehen werden. Es kann aber auch ausreichend sein, nur eine einzige Vorrichtung der in 2 skizzierten Art vorzusehen, die in diesem Falle bevorzugt an den Bereich angrenzt, der mit metallischen Partikeln beaufschlagt sein kann.
Die besagte Vorrichtung besteht aus einer Ringnut 4, die im Ausführungsbeispiel in den Lagerinnenring 2 eingearbeitet ist, und zwar vorliegend an der radial außenliegenden, zylindrischen Schulterfläche des Lagerinnenrings 2. Die Ringnut 4 hat im Ausführungsbeispiel im Radialschnitt eine rechteckige Form, was allerdings nicht zwingend ist.
In der Ringnut 4 ist mindestens ein Magnet 5 angeordnet. Der Magnet 5 kann dabei als segment- bzw. sektorartiges Teil ausgebildet sein, das sich in Umfangsrichtung in der Ringnut 4 erstreckt. In diesem Falle können auch mehrere Magnete 5 sich in Umfangsrichtung in der Ringnut 4 anschließen. Der Magnet 5 ist über ein Trägermaterial 9 in der Ringnut 4 fixiert. Vorliegend handelt es sich bei dem Trägermaterial 9 um ein Mu-Metall (s. hierzu die obigen Ausführungen), das den Magneten 5 hier an drei Seiten umschließt und ihn in der Ringnut 4 festhält.
Die Größe des Magneten 5 und der Trägermaterials 9 ist im Verhältnis zur Größe der Ringnut 4 dabei so gewählt, dass das Volumen der Ringnut 4 nicht vollständig mit dem Magneten 5 und dem Trägermaterial 9 ausgefüllt ist, sondern dass in der Ringnut 4 noch ein Aufnahmeraum 6 verbleibt, der so bemessen ist, dass hier metallische Partikel 7 aufgenommen werden können, namentlich Stahlspäne, die sich von Bauteilen der Maschinenanordnung gelöst haben, zu der das Lager 1 gehört.
Das Trägermaterial 9 kann auch so gestaltet sein, dass es per Clip-Verbindung oder in ähnlicher form- bzw. reibschlüssiger Weise in der Ringnut 4 aufgenommen wird. Hierfür können am Trägermaterial 9 beispielsweise axiale, nasenförmige Vorsprünge vorgesehen werden, die in korrespondierende Ausnehmungen in der Ringnut 4 eingreifen.
Gleichermaßen kann auch vorgesehen werden, dass der Magnet 5 im Trägermaterial 9 formschlüssig fixiert wird. Hierzu kann beispielsweise im radial äußeren Bereich des Trägermaterials 9 ein (nicht dargestellter) hakenförmiger Vorsprung vorgesehen werden, mittels dem der Magnet 5 nach Art einer Clip-Verbindung festgelegt wird.
Gelangen also metallische Partikel (im Ausführungsbeispiel insbesondere von der linken Seite in 2) zum Lager 1, müssen sie, um in den Eingriff zwischen den Lagerringen 2, 3 und den Kugeln 10 zu gelangen, die beschriebene Vorrichtung axial passieren.
Gelangen metallische Mikropartikel in den Eingriff zwischen Ringe und Kugeln, hat dies in jedem Falle einen nachteiligen Effekt, da die Partikel von den Kugeln überrollt werden und Beschädigungen an den Laufbahnen bzw. an den Kugeln hervorgerufen werden.
Durch die erläuterte Anordnung wird indes vorteilhaft erreicht, dass die Partikel 7 beim axialen Passieren (nach rechts in 2) vom Magneten 5 bzw. dem Trägermaterial 9, das den Magnetismus des Magneten 5 weiterleitet, angezogen werden und so im Aufnahmeraum 6 hängen bleiben, wie es in 2 skizziert ist.
Die Gebrauchsdauer des Lagers wird so signifikant erhöht.
Bezugszeichenliste

1: Lager (Wälzlager)
2: Lagerinnenring
3: Lageraußenring
4: Ringnut
5: Magnet
6: Aufnahmeraum
7: metallische Partikel
8: Lagerkäfig
9: Trägermaterial
10: Wälzkörper (Kugel)

Claims

Lager (1), umfassend zumindest einen Lagerinnenring (2) und einen Lageraußenring (3), dadurch gekennzeichnet, dass in einem Bereich des Lagers (1) mindestens eine Ringnut (4) eingearbeitet ist, wobei in der Ringnut (4) mindestens ein Magnet (5) befestigt ist, wobei die Ringnut (4) unter Berücksichtigung des durch den mindestens einen Magneten (5) eingenommenen Volumens einen verbleibenden Aufnahmeraum (6) für metallische Partikel (7) bildet.
Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnut (4) an einer radial außenliegenden Seite des Lagerinnenrings (2) angeordnet ist.
Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnut (4) an einer radial innenliegenden Seite des Lageraußenrings (3) angeordnet ist.
Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnut (4) an einer Stirnseite oder einer radial innen- oder außenliegenden Seite eines Lagerkäfigs (8) angeordnet ist.
Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Magnete (5) in Umfangsrichtung aufeinander folgend in der Ringnut (4) angeordnet sind.
Lager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Magnete (5) als sich segment- bzw. sektorartig erstreckende Teile ausgebildet sind.
Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Magnet (5) über ein Trägermaterial (9) in der Ringnut (4) befestigt ist.
Lager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung des mindestens einen Magneten (5) und/oder des Trägermaterial (9) durch Kleben, Klemmen, Schrauben oder Nieten erfolgt ist.
Lager nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (9) ein ferromagnetisches, paramagnetisches oder diamagnetisches Material ist.
Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Wälzlager ist.