DE102014224209A1

DE102014224209A1 - Wälzlagerkäfig und Wälzlager

Info

Publication number: DE102014224209A1
Application number: DE102014224209.6A
Authority: DE
Inventors: Jörg Loos; Ernst Masur; Etienne Rueff; Daniel Brehm
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2014-11-27
Filing date: 2014-11-27
Publication date: 2016-06-02

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wälzlagerkäfig (5), umfassend einen Ringkörper (7), insbesondere aus Kunststoff, in diesem angeordneten Käfigtaschen (6) zur Führung von Wälzkörpern (4), insbesondere Kugeln, sowie einer am Ringkörper (7) ausgebildeten Schmiermittelleitstruktur. Erfindungsgemäß ist als Schmiermittelleitstruktur mindestens ein am Außenumfang des Ringkörpers (7) angeordneter, radial nach außen weisender Fettabstreifer (8) vorgesehen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Wälzlagerkäfig mit mehreren zur Führung von Wälzkörpern vorgesehenen Käfigtaschen, sowie mit einer Schmiermittelleitstruktur. Ferner betrifft die Erfindung ein einen solchen Wälzlagerkäfig aufweisendes, insbesondere fettgeschmiertes, Wälzlager.
Hintergrund der Erfindung
Aus der DE 10 2010 023 011 A1 ist ein Käfig zur Führung von Wälzkörpern eines Lagers bekannt, welcher einen Abstreifer für ein Schmiermittel aufweisen kann. Der Abstreifer hat die Aufgabe, das Schmiermittel zu einer Messstelle eines Sensors zu fördern. Außerhalb des Käfigs, beispielsweise an einem Lagerring oder an einer Dichtung, kann ein Umlenkmittel zur Förderung von Schmiermittel zu der Messstelle des Sensors vorgesehen sein. Der Sensor ist am Käfig angeordnet und dazu ausgebildet, elektromagnetische Strahlung, insbesondere Infrarotstrahlung, auszusenden und zu empfangen, um eine Information über den Schmierungszustand des Lagers zu erhalten.
Die DE 10 2008 044 907 A1 offenbart verschiedene Varianten einer Profilierung von Führungsflächen bei Wälzlagern mit bordgeführtem KäFigur Die Profilierungen, welche dem Schmiermitteltransport dienen, können hierbei an einem Lagerring oder an dem Käfig ausgebildet sein.
Die DE 10 2007 031 595 A1 offenbart einen Lagerkäfig für ein Wälzlager, welcher derart ausgebildet ist, dass bei Einbausituationen in einem flüssigen oder gasförmigen Medium nur ein geringer Strömungswiderstand entsteht. Zu diesem Zweck weist der Lagerkäfig einen Kanal auf, welcher sich von einer Stirnseite zur zweiten Stirnseite des Käfigs erstreckt.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wälzlager, insbesondere fettgeschmiertes Kugellager, gegenüber dem genannten Stand der Technik insbesondere hinsichtlich der Wechselwirkung zwischen Lagerkäfig und Schmiermittel, besonders bei einem Betrieb mit drehendem Außenring, weiterzuentwickeln.
Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Wälzlagerkäfig mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein einen solchen Wälzlagerkäfig aufweisendes Wälzlager gemäß Anspruch 9.
Der Wälzlagerkäfig ist zur Verwendung in einem Radiallager, insbesondere einem Radialkugellager, geeignet. In einem Ringkörper des Wälzlagerkäfigs, das heißt im Korpus des Wälzlagerkäfigs, sind in an sich bekannter Grundform Käfigtaschen ausgebildet, die zur Führung jeweils eines Wälzkörpers, insbesondere einer Kugel, vorgesehen sind. Der Wälzlagerkäfig weist weiter eine Schmiermittelleitstruktur auf, welche in Form mindestens eines am Außenumfang des Ringkörpers angeordneten, radial nach außen weisenden Fettabstreifers realisiert ist.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass sich bei fettgeschmierten Lagern, insbesondere Kugellagern, ein Fettkragen ausbilden kann. Bei Lagern mit drehendem Außenring kann ein solcher Fettkragen am Außenring haften. Durch Anstreifen des Lagerkäfigs an diesem Fettkragen kann in erheblichem Maße und lokal sehr konzentriert Reibungswärme entstehen. Dies kann zu lokal stark erhöhten Temperaturen führen, die zur Alterung des Schmierfetts und Bildung einer glasartigen Kruste beitragen. Hierdurch wird die Ölabgabe des Fettes in die Laufbahn des Lagers drastisch reduziert und damit die Schmiermittelgebrauchsdauer stark herabgesetzt.
Von wesentlicher Bedeutung bei herkömmlichen Kugellagern können auch Reibungskräfte sein, die durch die Zusammenwirkung des Lagerkäfigs mit dem Schmiermittel entstehen. Ein am Außenring haftender Fettkragen überträgt bei einem Wälzlager mit drehendem Außenring auf den Käfig ein Drehmoment, welches in Richtung einer Beschleunigung des Käfigs auf Außenring-Drehzahl wirkt. Eine solche Beschleunigung des Käfigs ist jedoch nicht möglich, solange die Wälzkörper kinematisch exakt abrollen. Somit entstehen innerhalb des Käfigs Kräfte, die unter ungünstigen Betriebsbedingungen ein signifikantes Risiko eines Käfigbruchs herbeiführen können. Dies gilt insbesondere bei Kunststoffkäfigen, welche sich durch die beschriebenen Wechselwirkungen zwischen Käfig und Schmiermittel beim Betrieb des Lagers stark aufheizen können.
Um den beschriebenen Risiken beim Betrieb eines Wälzlagers auszuweichen, kann prinzipiell eine Ölschmierung eines Wälzlagers gewählt werden, was je nach Umgebungskonstruktion jedoch einen höheren apparativen Aufwand beim Betrieb des Lagers bedeutet. Ein anderer Weg, die beschriebenen Risiken beim Betrieb des Lagers zu minimieren, liegt prinzipiell in einer Überdimensionierung des Lagers, um eine zu starke Aufheizung auch unter ungünstigen Betriebsbedingungen zu vermeiden.
In Abkehr von diesen prinzipiell bekannten Wegen liegt der Grundgedanke der Erfindung darin, den Wälzlagerkäfig zwar einerseits für die Verwendung in einem fettgeschmierten Lager auszulegen, andererseits jedoch den Kontakt zwischen Käfig und einem sich am Lagerring ausbildenden Fettkragen zu minimieren. Der zu diesem Zweck am Außenumfang des Wälzlagerkäfigs angeordnete Fettabstreifer verhindert auch bei fließfähigen Fetten, dass der Wälzlagerkäfig großflächig am Fettkragen anstreift. Bei jeder Umdrehung des Wälzlagerkäfigs schabt der Fettabstreifer zumindest in minimalem Umfang Material von dem Fettkragen ab, sodass ein Spalt zwischen dem Ringkörper und dem Außenring erhalten bleibt. Zumindest ein Teil des abgeschabten Materials wird zur Seite hin, das heißt in axialer Richtung des Wälzlagers, verdrängt, sodass stets ein Teil des Schmiermittels in Bewegung bleibt, womit die Abgabe von Öl aus dem Schmiermittel, das sogenannte Ausschwitzen, begünstigt wird. Letztlich sind sowohl die Reibungswärme als auch die mechanische Käfigbelastung im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen reduziert, womit das Wälzlager für höhere Drehzahlen geeignet ist und eine längere Schmiermittel- und Lagergebrauchsdauer erreicht wird.
Der Fettabstreifer ist vorzugsweise als einstückig mit dem Ringkörper ausgebildete Leiste gestaltet, welche einen sich radial nach außen verjüngenden Querschnitt aufweisen kann. Insbesondere weist der Fettabstreifer – in axialer Richtung des Wälzlagers betrachtet – einen dreieckigen Querschnitt auf. In alternativen Ausführungsformen ist der Querschnitt des Fettabstreifers beispielsweise rechteckig. In allen Fällen ist der gesamte Ringkörper einschließlich Fettabstreifer rationell aus Kunststoff, beispielsweise faserverstärktem Kunststoff, herstellbar.
In bevorzugter Ausgestaltung ist der Fettabstreifer – in Draufsicht auf den Käfig in radialer Richtung – derart gekrümmt, dass abgestreiftes Fett gezielt in die Laufbahn des Wälzlagers gefördert wird. Hierbei ist der Fettabstreifer vorzugsweise zur Mittelebene des Ringkörpers und damit des gesamten Wälzlagers symmetrisch gestaltet. Unabhängig von der genauen Geometrie des Fettabstreifers sind vorzugsweise mehrere Fettabstreifer am Umfang des Ringkörpers angeordnet, wobei die Anzahl der Fettabstreifer geringer als die Anzahl der Käfigtaschen ist. Beispielsweise befinden sich drei Fettabstreifer am Umfang des Wälzlagerkäfigs.
Bei dem Wälzlagerkäfig handelt es sich in vorteilhafter Ausgestaltung um einen wälzkörpergeführten Käfig, das heißt nicht um einen bordgeführten KäFigur Das Wälzlager ist vorzugsweise derart gestaltet, dass nicht nur der Ringkörper, sondern auch jeder Fettabstreifer beim Betrieb des Wälzlagers radial vom Außenring beabstandet bleibt. Hierbei beträgt die in radialer Richtung des Wälzlagers gemessene Höhe des Fettabstreifers vorzugsweise weniger als die Hälfte, insbesondere weniger als ein Drittel, der zwischen dem Wälzlagerkäfig und dem Außenring in derselben Richtung gemessenen minimalen Spaltbreite, bezogen auf die konzentrische Anordnung von Wälzlagerkäfig und Außenring.
Bei dem Wälzlager kann es sich beispielsweise um ein Lager für eine Bandspannrolle im Riementrieb eines Kraftfahrzeugs oder um ein Ausrück- oder Einrücklager für eine Kupplung im Antriebsstrang eines Fahrzeugs handeln.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen, teilweise in schematisierter Darstellung:
1 in einer Schnittdarstellung ein erstes Ausführungsbeispiel eines Kugellagers mit einem Wälzlagerkäfig mit Fettabstreifer,
2 ein Detail einer weiteren Ausführungsform eines Wälzlagerkäfigs mit Fettabstreifer für ein Wälzlager.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Die folgenden Erläuterungen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf beide Ausführungsbeispiele.
Ein in 1 insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnetes Wälzlager, nämlich Rillenkugellager, weist einen Innenring 2 und einen Außenring 3 auf, zwischen welchen Wälzkörper 4, nämlich Kugeln, in einem Wälzlagerkäfig 5 geführt sind. Der Wälzlagerkäfig 5 ist wälzkörpergeführt, wobei sich jeweils eine Kugel 4 in einer Käfigtasche 6 befindet. Die Käfigtaschen 6 stellen Öffnungen in einem mit 7 bezeichneten Ringkörper, auch als Korpus bezeichnet, des Wälzlagerkäfigs 5 dar. Das Wälzlager 1 wird mit rotierendem Außenring 3 und stehendem Innenring 2 betrieben.
Am Außenumfang des im Wesentlichen zylindrischen Ringkörpers 7 befinden sich mehrere leistenförmige Fettabstreifer 8, die als Schmiermittelleitstruktur fungieren. Jeder Fettabstreifer 8 hat – in Axialrichtung des Wälzlagers 1 betrachtet – im Fall von 1 einen dreieckigen, nach außen spitz zulaufenden Querschnitt und ist als integraler Bestandteil des Wälzlagerkäfigs 5 einstückig mit dem Ringkörper 7 verbunden. Der Wälzlagerkäfig 5 ist aus Kunststoff gefertigt. Mehrere gleichartige Fettabstreifer 8 sind gleichmäßig am Umfang des Ringkörpers 7 verteilt.
Die in radialer Richtung des Wälzlagers 1 gemessene Höhe des Fettabstreifers 8 ist mit H₈, die in derselben Richtung gemessene minimale Spaltbreite zwischen dem Ringkörper 7 (ohne Fettabstreifer 8) und dem Außenring 8 mit H₅ bezeichnet. Wie aus 1 hervorgeht, beträgt die Höhe H₈ des Fettabstreifers 8 deutlich weniger als die Hälfte der Spaltbreite H₅. Die Spaltbreite H₅ wird an der Stirnseite des Ringkörpers 7 gemessen.
Im Ausführungsbeispiel nach 2, welches einen Wälzlagerkäfig 5 zeigt, der ebenfalls für ein Rillenkugellager geeignet ist, weist der Fettabstreifer 8 in der Draufsicht auf den Wälzlagerkäfig 5 radial von außen eine gekrümmte Form auf, die maßgeblich dazu beiträgt, dass Schmiermittel, nämlich Fett, in die Laufbahn des Wälzlagers 1 am Außenring 3 gefördert wird. In vergleichbarer Weise ist (in 1 nicht erkennbar) auch der Fettabstreifer 8 im ersten Ausführungsbeispiel gekrümmt. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach 1 weist der Fettabstreifer 8 des Wälzlagerkäfigs 5 nach 2 einen rechteckigen Querschnitt auf. Aufgrund der gebogenen Form des Fettabstreifers 8 hat das Wälzlager 1 in beiden Ausführungsbeispielen eine bevorzugte Rotationsrichtung des Außenrings 3, welche in 1 durch einen Pfeil am Umfang des Außenrings 3 angegeben ist.
Ein Fettkragen, der sich am Außenring 3 ausbildet und permanent vom Fettabstreifer 8 abgeschabt wird, ist in 1 mit 9 bezeichnet. Durch das Abschaben einer verhärteten oberen Schicht, das heißt Fettkruste, vom Fettkragen 9 wird das Schmiermittel beim Betrieb des Wälzlagers 1 ständig aufgefrischt. Insbesondere wird bei diesem Vorgang Öl vom Schmiermittel abgegeben.
Zwischen dem Ringkörper 7 und dem Fettkragen 9 bildet sich beim Betrieb des Wälzlagers 1 ein Ringspalt 10 aus, dessen Breite der Differenz zwischen der Spaltbreite H₅ und der Höhe H₈ des Fettabstreifers 8 entspricht. Der Fettabstreifer 8 kontaktiert den Fettkragen 9, nicht jedoch den Außenring 3. Durch den fehlenden Kontakt zwischen dem Wälzlagerkäfig 5 und dem Außenring 3, sowie durch den minimierten Kontakt zwischen dem Wälzlagerkäfig 5 und dem Fettkragen 9 ist sowohl die Erwärmung als auch die mechanische Belastung des Wälzlagerkäfigs 5 auf ein geringes Maß begrenzt. Das Wälzlager 1 kann insbesondere als lebensdauergeschmiertes Wälzlager ausgebildet sein.
Bezugszeichenliste

1: Wälzlager
2: Innenring
3: Außenring
4: Wälzkörper
5: Wälzlagerkäfig
6: Käfigtasche
7: Ringkörper
8: Fettabstreifer
9: Fettkragen
10: Ringspalt
H₅: Spaltbreite
H₈: Höhe des Fettabstreifers

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

DE 102010023011 A1 [0002]
DE 102008044907 A1 [0003]
DE 102007031595 A1 [0004]

Claims

Wälzlagerkäfig (5), mit einem Ringkörper (7), in diesem angeordneten Käfigtaschen (6), sowie einer am Ringkörper (7) ausgebildeten Schmiermittelleitstruktur, dadurch gekennzeichnet, dass als Schmiermittelleitstruktur mindestens ein am Außenumfang des Ringkörpers (7) angeordneter, radial nach außen weisender Fettabstreifer (8) vorgesehen ist.
Wälzlagerkäfig (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fettabstreifer (8) als einstückig mit dem Ringkörper (7) ausgebildete Leiste mit sich radial nach außen verjüngendem Querschnitt geformt ist.
Wälzlagerkäfig (5) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Fettabstreifer (8) einen dreieckigen Querschnitt aufweist.
Wälzlagerkäfig (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fettabstreifer (8) als einstückig mit dem Ringkörper (7) ausgebildete Leiste mit rechteckigem Querschnitt geformt ist.
Wälzlagerkäfig (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Fettabstreifer (8) in Axialrichtung des Ringkörpers (7) ausgerichtet ist.
Wälzlagerkäfig (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Fettabstreifer (8) gekrümmt ist.
Wälzlagerkäfig (5) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Fettabstreifer (8) zur Mittelebene des Ringkörpers (7) symmetrisch ist.
Wälzlagerkäfig (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Käfigtaschen (6) jeweils zur Aufnahme einer Kugel als Wälzkörper (4) ausgebildet sind.
Wälzlager (1), umfassend einen Wälzlagerkäfig (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wälzlagerkäfig (5) wälzkörpergeführt ist und dass es Außenring (3) aufweist, der vom Ringkörper (7) einschließlich des mindestens einen Fettabscheiders (8) beabstandet ist.
Wälzlager (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die in radialer Richtung gemessene Höhe (H₈) des Fettabstreifers (8) weniger als die Hälfte der zwischen dem Wälzlagerkäfig (5) und dem Außenring (3) in derselben Richtung gemessenen Spaltbreite (H₅) beträgt.