DE102015215462A1

DE102015215462A1 - Wälzlageranordnung mit Schmiermittelzuführung

Info

Publication number: DE102015215462A1
Application number: DE102015215462.9A
Authority: DE
Inventors: Rainer Eidloth; Jörg Loos; Thomas Kreis
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2015-08-13
Filing date: 2015-08-13
Publication date: 2017-02-16

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wälzlageranordnung, umfassend einen an einem Rotationsteil (1) befestigten mitrotierenden Lagerring (4), einen an einem feststehendem Teil (2) befestigten feststehenden Lagerring (5) sowie eine Vielzahl zwischen den Lagerringen (4, 5) angeordnete Wälzkörper (6), wobei das feststehende Teil (2) einen Zuführkanal (13) für Schmiermittel (14) aufweist. Erfindungsgemäß ist der Zuführkanal (13) axial außerhalb des Wälzlagers (3) angeordnet und axial zwischen Zuführkanal (13) und Wälzlager (3) ist ein ringförmiges hydraulisches Element (7) angeordnet.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Wälzlageranordnung, umfassend einen an einem Rotationsteil, beispielsweise Welle, befestigten mitrotierenden Lagerring, einen an einem feststehenden Teil befestigten feststehenden Lagerring sowie eine Vielzahl zwischen den Lagerringen angeordnete Wälzkörper, wobei das feststehende Teil einen Zuführkanal für Schmiermittel aufweist.
Hintergrund der Erfindung
Die Hauptaufgabe des Schmiermittels von Wälzlagern liegt darin, eine Berührung von Roll- und Gleitflächen des Wälzlagers zu verhindern oder zu reduzieren, so dass Reibung und Verschleiß gering gehalten werden. Bei einigen Anwendungen wird das Schmiermittel auch verwendet, um die Wärme aus dem Wälzlager abzuführen. Hierfür kommt in der Regel eine Ölschmierung zum Einsatz. Dadurch wird oftmals eine Überschmierung der Wälzlager, das heißt ein zu hoher Ölvolumenstrom, erreicht. Diese Überschmierung wirkt sich nachteilig auf die Gebrauchsdauer, Reibung und Drehzahleignung des Wälzlagers aus.
In der DE 10 2006 011 978 A1 ist ein Spindellager mit einer Ölschmierung offenbart, bei dem ausgehend von einer im Spindelgehäuse angeordneten Schmierstoffzuleitung über mehrere in den äußeren Lagerring eingearbeitete sowie in den Zwischenraum zwischen den Lagerringen mündende radiale Zuführbohrungen ein Öl-Luft-Schmierstoffgemisch unter Druck in das Spindellager injiziert wird. Des Weiteren ist der Zwischenraum zwischen den Lagerringen zumindest axial einseitig durch eine kreisringförmige Stauscheibe abgeschottet. Dadurch sollen die störenden Axialluftströme weitestgehend unterbrochen und der Schmierstoffanteil des injizierten Öl-Luft-Schmierstoffgemisches in dem Zwischenraum temporär zurück gehalten werden.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demnach, eine Überschmierung eines Wälzlagers, bei der es zu kritischen Schlupfzuständen oder hoher Reibung im Wälzlager kommt, zu reduzieren.
Beschreibung der Erfindung
Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe wird die im Anspruch 1 angegebene Wälzlageranordnung vorgeschlagen. Optionale vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich ganz oder teilweise aus den abhängigen Ansprüchen.
Die erfindungsgemäße Wälzlageranordnung zeichnet sich dadurch aus, dass der Zuführkanal axial außerhalb des Wälzlagers angeordnet ist und axial zwischen Zuführkanal und Wälzlager ein ringförmiges hydraulisches Element angeordnet ist. Das hydraulische Element begrenzt den zugeführten Volumenstrom des Schmiermittels auf einen kritischen Schwellwert oder setzt dem Volumenstrom einen Widerstand entgegen, wenn dieser eine kritische Größenordnung erreicht. Unter Volumenstrom wird das Volumen verstanden, welches innerhalb einer bestimmten Zeit durch einen Querschnitt fließt. Unter Rotationsteil wird jegliches rotierende Maschinenelement verstanden, wie zum Beispiel eine Welle oder aber auch ein Außenring oder ein rotierendes Gehäuseteil.
Vorzugsweise ist das hydraulische Element als Drossel ausgebildet. Unter Drossel wird eine Verengung des Querschnitts verstanden, wodurch ein örtlicher Strömungswiderstand entsteht. Dadurch wird die Strömungsgeschwindigkeit und somit auch der Volumenstrom des strömenden Mediums, hier des Schmiermittels, verändert. Die Drossel stellt den Oberbegriff für Blende und Düse dar. Eine Blende ist ein örtlicher Strömungswiderstand mit einer sprungartigen Querschnittsverengung, bei dem das Verhältnis von Länge zu Durchmesser verhältnismäßig klein ausfällt. Eine Düse hingegen weist eine allmähliche Querschnittsverengung auf.
Es ist somit vorteilhaft, wenn das hydraulische Element eine Vielzahl an Bohrungen aufweist, wobei jede Bohrung als Blende ausgebildet ist. Der Volumenstrom, der durch das hydraulische Element durchfließt, wird dadurch reguliert, wodurch ein zu hoher Durchfluss vom Schmiermittel verhindert wird und somit auch keine Überschmierung stattfinden kann.
Damit das hydraulische Element den Volumenstrom des Schmiermittels überhaupt regulieren kann, ist es notwendig, dass das hydraulische Element auch eine Dichtfunktion aufweist. Das Schmiermittel sollte hierfür hauptsächlich durch die ausgebildeten Öffnungen oder Bohrungen im hydraulischen Element in das Wälzlager gelangen. Das bedeutet, dass das hydraulische Element das Wälzlager zu einem Lagerring hin abdichten muss. Welcher Lagerring abgedichtet werden soll, ist abhängig von der jeweilig gewünschten Variante.
Bei der ersten Variante ist das feststehende Teil radial außerhalb vom Rotationsteil angeordnet. Hier ist es zweckmäßig, wenn das hydraulische Element dicht am feststehenden Lagerring befestigt ist oder direkt in dem feststehenden Lagerring integriert ist. Das hydraulische Element kann auch beispielsweise fest mit dem feststehenden Teil verbunden sein oder direkt in dieses integriert sein, wodurch ebenfalls eine Dichtwirkung erreicht wird.
Bei der zweiten Variante ist das Rotationsteil radial außerhalb vom feststehenden Teil angeordnet. Hier kann das hydraulische Element am feststehenden, in diesem Fall am inneren, Lagerring befestigt oder integriert sein. Vorzugsweise ist das hydraulische Element jedoch am mitrotierenden äußeren Lagerring befestigt oder integriert. Analog zur ersten Variante kann das hydraulische Element auch fest mit dem Rotationsteil oder mit dem feststehenden Teil verbunden sein oder in eines der beiden integriert sein.
Hinsichtlich der ersten Variante ist es des Weiteren vorteilhaft, wenn das hydraulische Element einen Innendurchmesser aufweist, der größer ist als der Innendurchmesser des mitrotierenden Lagerrings. Demnach sollte der Innendurchmesser des hydraulischen Elements ebenfalls größer als der Außendurchmesser des Rotationsteils sein. Das bedeutet, dass zwischen dem hydraulischen Element und dem Rotationsteil ein schmaler Ringspalt vorhanden ist.
Ferner ist es zweckmäßig, wenn am feststehenden Teil eine Ablaufscheibe vorgesehen ist, die mit dem hydraulischen Element einen Zwischenraum bildet, in den der Zuführkanal endet. Die Ablaufscheibe weist insbesondere bei der ersten Variante vorzugsweise einen größeren Innendurchmesser als das hydraulische Element auf. Das heißt, dass zwischen Ablaufscheibe und Rotationsteil ein größerer Ringspalt vorhanden ist im Vergleich zum Ringspalt zwischen hydraulischem Element und Rotationsteil. Durch die Querschnittsverengungen im hydraulischen Element staut sich das Schmiermittel im Zwischenraum. Das überschüssige Schmiermittel kann somit aus dem Zwischenraum über die Ablaufscheibe abfließen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Einzelheiten, Merkmale, Merkmalskombinationen und Wirkungen auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten, beispielhaften Ausführungsform der Erfindung sowie aus den Zeichnungen. Diese zeigen in:
1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung,
2 die Ausführungsform aus 1 der Wälzlageranordnung mit Schmiermittelstau im Zwischenraum,
3 eine Ausführungsform des hydraulischen Elements.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In der 1 und 2 ist die untere Hälfte in Bezug zur Einbaulage einer beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung dargestellt. Die Wälzlageranordnung umfasst dabei ein Rotationsteil 1, ein feststehendes Teil 2 sowie ein dazwischen angeordnetes Wälzlager 3. Das Wälzlager 3 weist einen rotierenden Lagerring 4 und einen feststehenden Lagerring 5 auf, wobei der rotierende Lagerring 4 am Rotationsteil 1 und der feststehende Lagerring 5 am feststehenden Teil 2 befestigt ist. Zwischen diesen beiden Lagerringen 4, 5 ist eine Vielzahl an Wälzkörpern 6, hier Zylinderrollen, angeordnet. Stirnseitig am Wälzlager 3 ist ein hydraulisches Element 7 angeordnet, das mit dem feststehenden Teil 2 fest verbunden ist. In der 3 ist eine beispielhafte Ausführungsform des hydraulischen Elements 7 dargestellt. Das hydraulische Element 7 weist eine ringförmige Scheibenform mit einer Vielzahl an Bohrungen 8 auf. Die Bohrungen 8 sind jeweils als Blende ausgebildet. Das heißt, dass an beiden Stirnseiten des hydraulischen Elements 7 die Bohrungen 8 einen großen Querschnitt 9 aufweisen, der sich sprungartig zur axialen Mitte des hydraulischen Elements 7 hin verjüngt. Das heißt jede Bohrung 8 weist zwei große Querschnitte 9 auf, zwischen denen sich jeweils ein kleinerer Querschnitt 10 befindet. Die großen Querschnitte 9 weisen den dreifachen Durchmesser des kleinen Querschnitts 10 auf. Das hydraulische Element 7 ist des Weiteren so ausgebildet und angeordnet, dass es weder den rotierenden Lagerring 4 noch das Rotationsteil 1 berührt.
Axial neben dem hydraulischen Element 7, auf der zum Wälzlager 3 abgewandten Stirnseite des hydraulischen Elements 7, schließt ein Zwischenraum 11 an. Der Zwischenraum 11 ist axial von dem hydraulischen Element 7 und einer im axialen Abstand zum hydraulischen Element 7 angeordneten Ablaufscheibe 12 begrenzt. Die Ablaufscheibe 12 ist mit dem feststehenden Teil 2 fest verbunden und weist einen geringeren Innendurchmesser im Vergleich zum hydraulischen Element 7 auf. Somit ist zwischen hydraulischem Element 7 und Rotationsteil 1 sowie zwischen Ablaufscheibe 12 und Rotationsteil 1 jeweils ein Ringspalt S_hy, S_Ab vorhanden, wobei der Ringspalt S_Ab zwischen Ablaufscheibe 12 und Rotationsteil 1 größer ist.
Das feststehende Teil 2 weist des Weiteren einen radial verlaufenden Zuführkanal 13 für Schmiermittel 14 auf, der im Zwischenraum 11 endet. Das Schmiermittel 14 wird mittels einer Pumpe, hier nicht dargestellt, über den Zuführkanal 13 in den Zwischenraum 11 gepumpt. Das Schmiermittel 14 strömt dann von dem Zwischenraum 11 durch die Bohrungen 8 des hydraulischen Elements 7 in das Wälzlager 3. Aufgrund der Blendencharakteristik der Bohrungen 8 staut sich das Schmiermittel 14 vor der Querschnittsverengung 9, 10, wodurch eine Druckdifferenz entsteht. Dadurch wird dem Wälzlager 3 nur so viel Schmiermittel 14 zugeführt, so dass es nicht zu kritischen Schlupfzuständen oder zu einer sehr hohen Reibung kommen kann. Wenn die Pumpe mehr Schmiermittel 14 in den Zwischenraum 11 pumpt als dieses durch die Bohrungen 8 des hydraulischen Elements 7 strömen kann, staut sich das Schmiermittel 14 im Zwischenraum 11 soweit in radialer Richtung an, dass das überschüssige Schmiermittel 14 über die Ablaufscheibe 12 zurück in ein Schmiermitteldepot, hier nicht dargestellt, fließen kann. Hierfür muss der Schmiermittelstand höher sein als die Ablaufscheibe 12 in radialer Richtung. Dies ist beispielhaft in der 2 dargestellt.
Bezugszeichenliste

1: Rotationsteil
2: feststehendes Teil
3: Wälzlager
4: rotierender Lagerring
5: feststehender Lagerring
6: Wälzkörper
7: hydraulisches Element
8: Bohrung
9: großer Querschnitt der Bohrung
10: kleiner Querschnitt der Bohrung
11: Zwischenraum
12: Ablaufscheibe
13: Zuführkanal
14: Schmiermittel
S_hy: Ringspalt zwischen hydraulischem Element und Rotationsteil
S_Ab: Ringspalt zwischen Ablaufscheibe und Rotationsteil

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 102006011978 A1 [0003]

Claims

Wälzlageranordnung, umfassend einen an einem Rotationsteil (1) befestigten mitrotierenden Lagerring (4), einen an einem feststehenden Teil (2) befestigten feststehenden Lagerring (5) sowie eine Vielzahl zwischen den Lagerringen (4, 5) angeordnete Wälzkörper (6), wobei das feststehende Teil (2) einen Zuführkanal (13) für Schmiermittel (14) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuführkanal (13) axial außerhalb des Wälzlagers (3) angeordnet ist und axial zwischen Zuführkanal (13) und Wälzlager (3) ein ringförmiges hydraulisches Element (7) angeordnet ist.
Wälzlageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulische Element (7) als Drossel ausgebildet ist.
Wälzlageranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulische Element (7) eine Vielzahl an Bohrungen (8) aufweist, wobei jede Bohrung (8) als Blende ausgebildet ist.
Wälzlageranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulische Element (7) in dem feststehenden Lagerring (5) oder in dem rotierenden Lagerring (4) integriert ist.
Wälzlageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulische Element (7) am feststehenden Lagerring (5) oder am mitrotierenden Lagerring (4) befestigt ist.
Wälzlageranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulische Element (7) einen Innendurchmesser aufweist, der größer ist als der Innendurchmesser des mitrotierenden Lagerrings (4).
Wälzlageranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am feststehenden Teil (2) eine Ablaufscheibe (12) vorgesehen ist, die mit dem hydraulischen Element (7) einen Zwischenraum (11) bildet, in den der Zuführkanal (13) endet.
Wälzlageranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablaufscheibe (12) einen größeren Innendurchmesser als das hydraulische Element (7) aufweist.
Wälzlageranordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Ablaufscheibe (12) und Rotationsteil (1) ein größerer Ringspalt (S_Ab) vorhanden ist im Vergleich zum Ringspalt (S_hy) zwischen hydraulischem Element (7) und Rotationsteil (1).