DE102015219155A1 - Wälzlager - Google Patents
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Abstract
Wälzlager, umfassend einen Außenring, einen Innenring bestehend aus einem ersten und einem zweiten Innenringabschnitt, die jeweils einen Abschnitt einer Wälzkörperlaufbahn aufweisen und mit ihren Schmalseiten axial aneinander liegen, sowie zwischen dem Außen- und dem Innenring wälzende, in einem Käfig geführte Wälzkörper, wobei am Innenumfang wenigstens des ersten Innenringabschnitts wenigstens eine sich von einer Schmiermitteleintrittsseite des ersten Innenringabschnitts zur gegenüberliegenden Schmalseite erstreckende Axialnut sowie wenigstens eine zur Wälzkörperlaufbahn führende und mit der Axialnut kommunizierende Radialnut vorgesehen ist, wobei über die Axialnut zugeführtes Schmiermittel über die Radialnut der Wälzkörperlauffläche zuführbar ist, wobei an der Kante (18) der Schmalseite (17) des ersten Innenringabschnitts (4) im Bereich, in dem die Axialnut (15) mündet, eine Umfangsnut (19) vorgesehen ist, die sich zu einer Seite der Axialnutmündung erstreckt und in der umfangsmäßig zur Axialnut (15) versetzten Radialnut (20) mündet.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Wälzlager, umfassend einen Außenring, einen Innenring bestehend aus einem ersten und einem zweiten Innenringabschnitt, die jeweils einen Abschnitt einer Wälzkörperlaufbahn aufweisen und mit ihren Schmalseiten axial aneinander liegen, sowie zwischen dem Außen- und dem Innenring wälzende, in einem Käfig geführte Wälzkörper, wobei am Innenumfang wenigstens des ersten Innenringabschnitts wenigstens eine sich von einer Schmiermitteleintrittsseite des ersten Innenringabschnitts zur gegenüberliegenden Schmalseite erstreckende Axialnut sowie wenigstens eine zur Wälzkörperlaufbahn führende und mit der Axialnut kommunizierende Radialnut vorgesehen ist, wobei über die Axialnut zugeführtes Schmiermittel über die Radialnut der Wälzkörperlaufbahn zuführbar ist.
- Wälzlager der beschriebenen Art kommen in vielerlei Anwendungen zum Einsatz. Ein Beispiel ist die Verwendung bei fliegenden oder stationären Gasturbinen, wo solche Wälzlager häufig als Schublager verwendet werden. Sie sind als Drei- oder Vierpunktlager ausgeführt. Die in einem Käfig mit Seitenborden geführten Wälzkörper wälzen in bekannter Weise auf den entsprechenden Laufbahnen des Außen- und des Innenrings ab, wobei bei einem Wälzlager der eingangs genannten Art der Innenring geteilt ist und aus zwei axial aneinander anliegenden, jedoch separaten Innenringabschnitten besteht, die jeweils eine Hälfte der Innenringlaufbahn, auf der die Wälzkörper abwälzen, aufweisen.
- Soll ein Wälzlager der eingangs genannten Art mit hoher Drehzahl betrieben werden, wie bei Verwendung in Gasturbinen üblicherweise der Fall, so ist eine effiziente Schmierung und Kühlung insbesondere im Bereich der Wälzkörperkontakte erforderlich. Zu diesem Zweck wird das üblicherweise an einer Wälzlagerseite anstehende Schmiermittel über wenigstens eine am Innenumfang eines Innenringabschnitts ausgebildete Axialnut und eine Radialnut, die sich unmittelbar an die Axialnut anschließt respektive in der die Axialnut mündet, in den Laufflächenbereich geführt. Über das Kühlmittel ist folglich eine Kühlung im Bereich des Wälzkontaktes gegeben. Jedoch erwärmt sich im Betrieb das Wälzlager nicht nur im Bereich der Wälzkontakte oder der Wälzkörperlauffläche, vielmehr erwärmt sich auch der Innenring. Dieser wird jedoch lediglich insoweit gekühlt, als über die schmale Axialnut und die schmale Radialnut oder, sofern mehrere solcher Nutpaarungen vorgesehen sind, über diese lokal das Kühlmittel fließt, wobei hierbei natürlich nur die Schmiermittelzufuhr in den Wälzkörperlaufflächenbereich im Vordergrund steht, nicht aber die innere Kühlung.
- Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein Wälzlager anzugeben, das eine verbesserte Innenringkühlung ermöglicht.
- Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Wälzlager der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass an der Kante der Schmalseite des ersten Innenringabschnitts im Bereich, in dem die Axialnut mündet, eine Umfangsnut vorgesehen ist, die sich zu einer Seite der Axialnutmündung erstreckt und in der umfangsmäßig zur Axialnut versetzten Radialnut mündet.
- Mit der Ausbildung der Umfangsnut im Bereich der Schmalseitenkante wird ein zusätzlicher Kühlmittelkanal am Innenring im Bereich der Schmalseite, also benachbart zur Wälzkörperlaufbahn realisiert. Das Kühlmittel strömt axial über die Axialnut und von dieser in die Umfangsnut, längs welcher es weiter zur umfangsmäßig zur Axialnut versetzt angeordneten Radialnut strömt, über welche es sodann in den Bereich der Wälzkörperlaufbahn strömt. Je nachdem, wie weit die Radialnut und die Axialnut umfangsmäßig zueinander versetzt angeordnet sind, variiert die Länge der Umfangsnut. Das in dieser Umfangsnut strömende Kühlmittel trägt folglich zur effektiven Kühlung des Innenrings bei, der hierüber demzufolge gezielt gekühlt werden kann.
- Besonders bevorzugt ist es, wenn mehrere äquidistant verteilt angeordnete Axialnuten und umfangsmäßig versetzte Radialnuten vorgesehen sind, wobei sich zwischen jeweils einer Axialnut und einer Radialnut eine Umfangsnut erstreckt. Es werden also mehrere Axialnut-Radialnut-Paare ausgebildet, die jeweils über eine Umfangsnut miteinander kommunizieren. Da natürlich die jeweiligen Nutpaare umfangsmäßig versetzt zueinander ausgebildet sind, sind demzufolge auch die Umfangsnuten umfangsmäßig versetzt zueinander angeordnet. Auf diese Weise ergeben sich folglich mehrere um definierte Winkelinkremente umlaufende, über die Umfangsnuten gebildete zusätzliche Kühlmittelkanäle, so dass eine aktive Kühlung des Innenrings nahezu im gesamten Innenumfangsbereich möglich ist. Sind beispielsweise vier Axialnuten und jeweils zugeordnete vier Radialnuten vorgesehen, so sind die Axialnuten und Radialnuten jeweils zueinander um 90° versetzt, wobei innerhalb eines Axialnut-Radialnut-Paares die Axialnut und die Radialnut beispielsweise um 80° zueinander versetzt sind. Hieraus ergibt sich, dass auch jede Umfangsnut sich über ca. 80° erstreckt. Bei im Beispielsfall gegebenen vier Umfangsnuten mit jeweils einer Länge von ca. 80° ergibt sich somit ein „Gesamtkühlkanal“ von ca. 320°, das heißt, dass eine aktive Kühlung des Innenrings um nahezu den gesamten Umfang möglich ist.
- Um die Länge jeder Umfangsnut möglichst groß auslegen zu können ist es zweckmäßig, wenn bei Ausbildung mehrerer Axialnut-Radialnut-Paare die Axialnut und die Radialnut zweier benachbarter Paare umfangsmäßig eng benachbart zueinander angeordnet sind. Das heißt, dass die Umfangsnut eines Nutpaares nur um wenige Winkelgrad beabstandet zu einer Radialnut des benachbarten Nutpaares beginnt, so dass im Endeffekt nur ein minimaler Ringbereich gegeben ist, nämlich dieser schmale Nutabstand, in dem kein Umfangsnutabschnitt gegeben ist, in welchem Kühlmittel strömt. Je enger die Nuten beieinander sind, umso länger ist der sich ergebende „Gesamtkühlkanal“.
- In Weiterbildung der Erfindung kann sich die radiale Höhe der oder jeder Umfangsnut in Richtung der Radialnut vergrößern. Das heißt, dass die radiale Höhe der Umfangsnut von der Axialnutmündung zur Radialnutmündung hin ansteigt. Hierüber kann der Kühlmittelfluss zur Radialnut hin unterstützt werden. Alternativ oder zusätzlich kann dies auch dadurch unterstützt werden, dass die axiale Tiefe der oder jeder Umfangsnut in Richtung der Radialnut vergrößert wird, mithin also die Nut zunehmend tiefer wird, wobei die Umfangsnuttiefe am Nutende der Tiefe der Radialnut entsprechen sollte.
- Auch eine entgegengesetzte Nutgeometrie wäre denkbar, das heißt, dass sich alternativ auch die radiale Höhe und/oder axiale Tiefe der oder jeder Umfangsnut in Richtung der Radialnut verkleinern kann. Hierüber kann erreicht werden, dass die Verweilzeit des Kühlmittels, also üblicherweise eines Öls, in der Umfangsnut verlängert wird, was eine Optimierung des Schmiermitteltemperaturgradienten und ein Erreichen des maximalen Kühleffektes ermöglicht. Es sind also je nach Bedarf zwei unterschiedliche Nutausgestaltungen möglich.
- Die Tiefe der oder jeder Umfangsnut sollte im Bereich zwischen 0,1–1,0 mm liegen, sie sollte vorzugsweise mehrere Zehntel Millimeter betragen. Natürlich richtet sich die jeweilige Nutgeometrie, sei es die Höhe, sei es die maximale Tiefe, nach der konkreten Größe des Innenringabschnitts.
- Die Querschnittsgeometrie der oder jeder Umfangsnut kann eckig oder gerundet sein, wobei die Umfangsnut mittels eines entsprechenden Werkzeugs spanabhebend an der Schmalseite eingearbeitet wird.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
-
1 eine Schnittansicht durch ein erfindungsgemäßes Wälzlager, und -
2 eine Aufsicht auf den ersten Innenringabschnitt mit Blick auf dessen Schmalseite. -
1 zeigt in einer Schnittansicht ein erfindungsgemäßes Wälzlager1 in seiner Montagestellung auf einer hier nicht näher gezeigten Welle. Das erfindungsgemäße Wälzlager1 umfasst einen Außenring2 sowie einen Innenring3 bestehend aus zwei Innenringabschnitten, nämlich einem ersten Innenringabschnitt4 und einem zweiten Innenringabschnitt5 . Am Außenring2 ist eine äußere Laufbahn6 ausgebildet, an den Innenringabschnitten4 ,5 sind separate Laufbahnabschnitte7 ,8 ausgebildet, die, nachdem die Innenringabschnitte4 ,5 axial einander anliegen, sich zu einer Wälzkörperlaufbahn ergänzen. Auf den Laufbahnen laufen Wälzkörper9 , die in einem Käfig10 geführt sind. Der Käfig10 weist zwei seitliche Käfigborde11 ,12 auf, mit denen er auf entsprechenden Innenringborden13 ,14 geführt ist, von denen er aber auch etwas beabstandet sein kann. - Um das Wälzlager
1 im Bereich des Wälzkörperkontaktes schmieren zu können, sind spezielle Vorkehrungen getroffen. Es sei angenommen, dass das Schmiermittel an der Seite des ersten Innenringabschnitts4 ansteht, wie durch die Pfeile S angedeutet ist. - Um das Schmiermittel in den Bereich der Laufbahnabschnitte
7 ,8 und damit den Wälzkontaktbereich zu bringen, sind am ersten Innenringabschnitt4 im gezeigten Beispiel mehrere Axialnuten15 ausgebildet, die sich von der Stirnseite16 , an der das Schmiermittel ansteht, bis zur gegenüberliegenden Schmalseite17 erstrecken. Wie2 zeigt, sind am Innenumfang des ersten Innenringabschnitts4 insgesamt vier Axialnuten15 ausgebildet, die exemplarisch um 90° versetzt zueinander angeordnet sind. Die in1 gezeigte Schnittansicht des Innenringabschnitts4 zeigt diesen in Blickrichtung der in2 gezeigten Pfeile. - An der Schmalseite
17 im Bereich der Innenkante18 , der Anzahl an Axialnuten15 entsprechend, sind vier Umfangsnuten19 ausgebildet, die sich um ein definiertes Winkelinkrement umfangsmäßig um die Schmalseite17 erstrecken. Sie erstrecken sich zu einer Seite der jeweiligen Axialnut15 , im gezeigten Beispiel nach links. Jede Umfangsnut19 mündet in einer an der Schmalseite17 ausgebildeten Radialnut20 , die ihrerseits an dem Laufbahnabschnitt7 mündet. Die Umfangsnut19 kommuniziert also im Bereich ihres einen Endes mit der Axialnut15 und im Bereich ihres anderen Endes mit der Radialnut20 . Da, siehe die Pfeile S, das Schmiermittel von der Stirnseite17 her in die Axialnut15 eintritt, gelangt es auf seinem weiteren Strömungsweg, siehe die in2 eingezeichneten Strömungspfeile P, in die jeweilige Umfangsnut19 und strömt sodann von dieser in die Radialnut20 , von wo aus es in den Wälzkörperkontaktbereich gelangt, der hierüber geschmiert und gekühlt wird. - Damit einher geht natürlich auch eine Kühlung des Innenringabschnitts
4 respektive des gesamten Innenrings, da aufgrund der Länge der im gezeigten Beispiel gegebenen vier Umfangsnuten19 ein eine beachtliche Gesamtlänge aufweisender „Gesamtkühlmittelkanal“ im Bereich der Stirnfläche17 gebildet ist. Wie2 zeigt, streckt sich jede Umfangsnut aufgrund des Umfangsversatzes der jeweiligen Axialnut15 zur jeweiligen Radialnut20 um ca. 80°, so dass sich bei vier Umfangsnuten19 eine „Gesamtkühlmittelkanallänge“ von ca. 320 Windelgrad ergibt. - Um die Umfangsnuten
19 möglichst lang gestalten zu können, ist die Axialnut15 eines ersten Axialnut-Radialnut-Paares möglichst nahe benachbart zur Radialnut20 eines zweiten, benachbarten Axialnut-Radialnut-Paares angeordnet, das heißt, sie sind nur wenige Winkelgrad versetzt positioniert. Wie2 deutlich zeigt, ist das Ende der Umfangsnut19 , an dem die jeweilige Axialnut mündet, nur minimal beabstandet von der benachbarten Radialnut20 . Bei einer entsprechenden radialen Höhe der jeweiligen Umfangsnut19 , die je nach Lagergröße im Bereich mehrerer mm liegen kann, und einer Tiefe von mehreren Zehntel Millimetern bis in den Millimeterbereich, ergibt sich so ein beachtliches Kanal- und damit Kühlmittelvolumen, das quasi durch den Innenring zirkuliert und diesen kühlt. - Die radiale Höhe jeder Umfangsnut kann je nach gewünschter Kühlmittelführung zur jeweiligen Radialnut
20 hin ansteigen, wodurch der Kühlmittelfluss zur Radialnut20 unterstützt wird. Alternativ oder zusätzlich kann dies auch dadurch erreicht werden, dass die axiale Tiefe der jeweiligen Umfangsnut19 zur Radialnut20 hin zunimmt. - Alternativ kann auch eine umgekehrte Geometrie verwendet werden, das heißt, dass sich die radiale Höhe und/oder die axiale Tiefe der jeweiligen Umfangsnut
19 zur Radialnut20 hin reduziert. Hierüber wird erreicht, dass das jeweilige Kühlmittel länger in der jeweiligen Umfangsnut19 gehalten wird, mithin also die Verweilzeit des Kühlmittels und damit die Zeit, innerhalb welcher ein Wärmeübertrag stattfinden kann, verlängert ist. - Wenngleich im gezeigten Beispiel vier Axialnut-Radialnut-Paare gezeigt sind, ist es selbstverständlich auch denkbar, weniger als vier oder mehr als vier solcher Nutpaare zu realisieren. Ziel ist es jedoch stets, eine möglichst große Länge der jeweiligen Umfangsnuten
19 und damit eine möglichst große Länge des „Gesamtkühlmittelkanals“ an der Stirnseite17 , also im Inneren des Innenrings3 , zu realisieren, um diesen aktiv zu kühlen. - Während in der in
2 gezeigten Prinzipdarstellung die Umfangsnuten19 im Querschnitt rundlich ausgeführt sind, ist es gleichermaßen denkbar, sie auch mit rechteckigem Querschnitt auszubilden. Die konkrete Nutgeometrie hängt von der Art des verwendeten Werkzeugs, mit dem die jeweilige Umfangsnut19 spanend herausgearbeitet wird, ab. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Wälzlager
- 2
- Außenring
- 3
- Innenring
- 4
- Innenringabschnitt
- 5
- Innenringabschnitt
- 6
- Laufbahn
- 7
- Laufbahnabschnitt
- 8
- Laufbahnabschnitt
- 9
- Wälzkörper
- 10
- Käfig
- 11
- Käfigbord
- 12
- Käfigbord
- 13
- Innenringbord
- 14
- Innenringbord
- 15
- Axialnut
- 16
- Stirnseite
- 17
- Schmalseite
- 18
- Innenkante
- 19
- Umfangsnut
- 20
- Radialnut
- S
- Pfeil
- P
- Strömungspfeil
Claims (7)
- Wälzlager, umfassend einen Außenring, einen Innenring bestehend aus einem ersten und einem zweiten Innenringabschnitt, die jeweils einen Abschnitt einer Wälzkörperlaufbahn aufweisen und mit ihren Schmalseiten axial aneinander liegen, sowie zwischen dem Außen- und dem Innenring wälzende, in einem Käfig geführte Wälzkörper, wobei am Innenumfang wenigstens des ersten Innenringabschnitts wenigstens eine sich von einer Schmiermitteleintrittsseite des ersten Innenringabschnitts zur gegenüberliegenden Schmalseite erstreckende Axialnut sowie wenigstens eine zur Wälzkörperlaufbahn führende und mit der Axialnut kommunizierende Radialnut vorgesehen ist, wobei über die Axialnut zugeführtes Schmiermittel über die Radialnut der Wälzkörperlauffläche zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass an der Kante (
18 ) der Schmalseite (17 ) des ersten Innenringabschnitts (4 ) im Bereich, in dem die Axialnut (15 ) mündet, eine Umfangsnut (19 ) vorgesehen ist, die sich zu einer Seite der Axialnutmündung erstreckt und in der umfangsmäßig zur Axialnut (15 ) versetzten Radialnut (20 ) mündet. - Wälzlager nach Anaspruch
1 , dadurch gekennzeichnet, dass mehrere äquidistant verteilt angeordnete Axialnuten (15 ) und umfangsmäßig versetzte Radialnuten (20 ) vorgesehen sind, wobei sich zwischen jeweils einer Axialnut (15 ) und eine Radialnut (20 ) eine Umfangsnut (19 ) erstreckt. - Wälzlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausbildung mehrere Axialnut-Radialnut-Paare die Axialnut (
15 ) und die Radialnut (20 ) zweier benachbarter Paare umfangsmäßig eng benachbart zueinander angeordnet sind. - Wälzlager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die radiale Höhe und/oder axiale Tiefe der oder jeder Umfangsnut (
19 ) in Richtung der Radialnut (20 ) vergrößert. - Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die radiale Höhe und/oder axiale Tiefe der oder jeder Umfangsnut (
19 ) in Richtung der Radialnut (20 ) verkleinert. - Wälzlager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede Umfangsnut (
19 ) eine Tiefe von 0,1–1,0 mm aufweist. - Wälzlager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jeder Umfangsnut (
19 ) eine eckige oder gerundete Querschnittsform aufweist.
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Family Applications (1)
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