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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Wälzlager gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 10 näher definierten Art.
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Aus
DE 10 2016 207 046 A1 ist ein Wellgetriebe mit einem flexiblen Getriebebauteil mit einer Außenverzahnung bekannt, die durch einen sogenannten Wellgenerator mit einer Kraft in radiale Richtung beaufschlagbar ist. Der Wellgenerator weist ein Wälzlager mit einem Innenring mit einer starren elliptischen Außenkontur und einem elastisch nachgiebigen Außenring sowie zwischen Innen- und Außenring angeordneten Kugeln als Wälzkörper auf. Das den Außenring umgebende flexible Getriebebauteil ist mit einer Dichtungsaufnahmekontur und einer in diese eingelegten statisch dichtenden O-RingDichtung zur Abdichtung des Wellgetriebes an einem Gehäuse ausgebildet. Nachteilig wirkt sich die aufwendige Ausgestaltung der Dichtung aus. Zudem können in das Wälzlager Verschmutzungen und ungeeigneter Schmierstoff aus dem Wellgetriebe eindringen, wodurch ein kritischer Verschleiß am Wälzlager auftreten kann.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem Wälzlager der vorgenannten Art das Eindringen von Verschmutzungen und ungeeignetem Schmierstoff in den Lagerinnenraum und einen dadurch bedingten kritischen Verschleiß zu vermeiden.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und alternativ durch die Merkmale des Patentanspruchs 10 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
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Es wird ein Wälzlager für ein Wellgetriebe vorgeschlagen, das einen Innenring mit einer Laufbahn mit einer elliptischen Umfangskontur und an dieser geführten Wälzkörpern und einen radial elastisch verformbaren Außenring aufweist. Zur Abdichtung gegenüber der Umgebung ist zwischen Innen- und Außenring zumindest eine Dichtung angeordnet, die am Innenring drehfest abgestützt und mit einer an die elliptische Umfangskontur der Laufbahn des Innenrings angepassten elliptischen Umfangskontur zur Abdichtung am Außenring anliegt. Bei einer Verdrehung des Innenrings gegenüber dem Außenring folgt die mit Innenring drehfest verbundene Dichtung mit der elliptischen Umfangskontur der wandernden elliptischen Form des Außenrings, wodurch eine permanente Anlage der Dichtung am Außenring gewährleistet und das Ausbilden von Luftspalten zwischen diesem und der Dichtung verhindert wird. Auf einfache Weise kann so der Innenraum des Wälzlagers direkt an diesem gegenüber der Umgebung abgedichtet und insbesondere das Eindringen von Verschmutzungen und ungeeignetem Schmierstoff aus dem Wellgetriebe in das Wälzlager sicher vermieden werden.
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Bevorzugt bilden Dichtung und Außenring elliptische Umfangskonturen mit zwischen den elliptischen Haupt- und Nebenscheiteln verlaufenden gleichen Großachsen und gleichen Kleinachsen.
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Es ist besonders vorteilhaft, wenn die elliptischen Umfangskonturen der Dichtung parallel oder annähernd parallel zur Laufbahn des Innenrings angepasst verlaufen.
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Vorzugsweise bildet die Dichtung zumindest eine Dichtlippe mit einer Dichtfläche am Außenumfang mit einer an die elliptische Umfangskontur der Laufbahn des Innenrings angepassten, insbesondere zu dieser parallelen oder annähernd parallelen elliptischen Umfangskontur, die an einer korrespondierenden Dichtfläche am Außenring elastisch anliegt. In besonders vorteilhafter Weise kann hierbei die Dichtlippe derart elastisch ausgeführt sein, dass ein Toleranzausgleich zwischen Innen- und Außenring und Dichtung erreichbar ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Dichtung zur Befestigung mit dem Innenring zumindest einen Grundkörper auf. Vorzugsweise bildet dieser zur Befestigung mit dem Innenring einen Pressverband.
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Die Dichtung kann in besonders vorteilhafter Weise am Innenring abgedichtet abgestützt werden. Vorzugsweise bildet hierzu die Dichtung am Grundkörper eine ringförmige axiale Dichtfläche, mit der sie am Innenring abgedichtet angelegt ist.
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Der Pressverband zur Befestigung der Dichtung am Innenring kann in besonders vorteilhafter Weise im Bereich der axialen Dichtfläche des Grundkörpers ausgebildet sein.
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Eine einfache Befestigung des Grundkörpers am Innenring kann dadurch erreicht werden, dass einer oder vorzugsweise mehrere axial vorstehende Zapfen am Grundkörper vorgesehen sind, die zur Befestigung in korrespondierende axiale Bohrungen am Innenring durch einfache Montage eingesteckt, vorzugsweise eingepresst, sind. Dabei können die Zapfen besonders vorteilhaft im Bereich der axialen Dichtfläche des Grundkörpers angeordnet sein.
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In weiterhin besonders vorteilhafter Weise sind die Zapfen hohlzylindrisch ausgeführt, wodurch die Elastizität erhöht und insbesondere die Montage weiter vereinfacht wird.
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Es ist ferner besonders vorteilhaft, wenn die axialen Bohrungen am Innenring als Durchgangsbohrungen ausgeführt sind. Hierdurch können Masse und Trägheit des Innenrings reduziert und kann in besonders einfacher Weise an den Enden der Durchgangsbohrungen jeweils eine Dichtung zur Abdichtung des Wälzlagers an beiden axialen Seiten desselben befestigt werden.
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Es ist auch besonders vorteilhaft, wenn der Grundkörper mit der Dichtlippe einteilig verbunden ist. Denkbar ist auch, dass Grundkörper und Dichtlippe als separate Bauteile ausgeführt sind, die abgedichtet verbunden sind.
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In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Dichtung ist die Wandstärke an der Dichtlippe erheblich kleiner als die Wandstärke des Grundkörpers. Hierdurch ist die Dichtung an der Dichtlippe besonders elastisch und zugleich am Grundkörper mit der erforderlichen Festigkeit und Stabilität zur Befestigung am Innenring ausführbar. Die Wandstärke der Dichtlippe beträgt in besonders vorteilhafter Weise die Hälfte oder annähernd die Hälfte der Wandstärke des Grundkörpers.
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Eine weitere besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass sich die Dichtlippe mit einem radialen Abschnitt zwischen Innen- und Außenring erstreckt. Vorzugsweise ist dabei die Dichtlippe radial außen mit einem kragenförmigen Endabschnitt mit einer vorbestimmten Länge axial umgebogen. Bevorzugt bildet sie hierbei am Außenumfang eine Dichtfläche zur Anlage am Außenring. Die Dichtlippe kann so bei der Montage einfach mit dem kragenförmigen Endabschnitt umgebogen werden. Durch die Biegung und die dabei entstehende elastische Verformung wird ein radialer Kontaktdruck zur Anlage der Dichtfläche am Außenring erzeugt. Zudem wird die Dichtlippe durch den kragenförmigen Abschnitt radial gestützt, wodurch deren Biegesteifigkeit und Stabilität erhöht wird. Durch die vorbestimmte Länge des umgebogenen kragenförmigen Endabschnitts ist die Elastizität der Dichtlippe und der Toleranzausgleich zwischen Innen- und Außenring und Dichtung einstellbar.
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Die Dichtlippe ist auf einfache Weise am Grundkörper radial befestigbar. Bevorzugt ist hierzu dieser mit einem axial vorstehenden Ringabsatz, vorzugsweise entsprechend der Länge des kragenförmigen Endabschnitts der Dichtlippe, aufgeweitet, wobei am Außendurchmesser des Ringabsatzes die Dichtlippe radial angesetzt ist. Bevorzugt schließt dabei die Dichtlippe mit ihrer axialen Außenseite bündig mit dem Ringabsatz stirnseitig axial ab. Auf diese Weise deckt der Dichtring mit der Dichtlippe und dem Ringabsatz des Grundkörpers einen zwischen Außen- Innenring gelegenen und gegenüber letzterem axial vorstehenden Ringraum zur Umgebung hin ab.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind zur Abdichtung gegenüber der Umgebung an beiden axialen Seiten des Wälzlagers zwischen Innen- und Außenring jeweils eine, vorzugsweise als Dichtring ausgeführte, erfindungsgemäße Dichtung angeordnet.
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Die axiale Breite des Innenrings ist vorzugsweise erheblich kleiner als die axiale Breite des Außenrings. Hierdurch können Masse und Trägheit des Innenrings deutlich reduziert und die Dynamik erhöht werden. Bevorzugt ist die axiale Breite des Innenrings kleiner oder gleich der Differenz aus der axialen Breite des Außenrings und der zweifachen axialen Breite des umgebogenen kragenförmigen Abschnitts der jeweiligen Dichtlippe.
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Die Dichtung ist vorzugsweise aus Elastomeren, insbesondere FKM, NBR und ACM, oder aus Silikonen oder aus einer Kombination der vorgenannten Werkstoffe hergestellt.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch durch ein Wälzlager gelöst, das einen Innenring mit einer Laufbahn mit einer exzentrischen Umfangskontur und an dieser geführten Wälzkörpern und einen radial elastisch verformbaren Außenring aufweist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen zur Abdichtung gegenüber der Umgebung zwischen Innen- und Außenring zumindest eine Dichtung vorzusehen, die am Innenring drehfest abgestützt ist und mit einer an die exzentrische Umfangskontur der Laufbahn des Innenrings angepassten exzentrischen Umfangskontur zur Abdichtung am Außenring anliegt. Bevorzugt weisen die exzentrischen Umfangskonturen jeweils zwei diametral gegenüberliegende Hauptscheitel mit einer zwischen diesen verlaufenden Großachse und zwei diametral gegenüberliegende Nebenscheitel mit einer zwischen diesen verlaufenden Kleinachse auf, wobei die Groß- und Kleinachsen zugleich die Symmetrieachsen der Umfangskonturen bilden.
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Die Erfindung ist besonders vorteilhaft in einem Wellgetriebe verwendbar, wobei der Innenring von einem Antriebselement durch Übertragung eines Drehmoments drehend antreibbar ist. Vorzugsweise ist dabei der Außenring von einem flexiblen Getriebeelement mit einer Außenverzahnung umfasst, derart dass bei einer Verdrehung des Innenrings die von den an der elliptischen Laufbahn des Innenrings umlaufenden Wälzkörper erzeugten Druckkräfte den flexiblen Außenring und das flexible Getriebebauteil entsprechend verformen. Hierbei gelangt die Außenverzahnung des letzteren an zwei diametral gegenüberliegenden Stellen in Eingriff mit einer Innenverzahnung eines weiteren Getriebeelements zur Übertragung eines Drehmoments.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen:
- 1 eine teilgeschnittene Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Wälzlagers für ein Wellgetriebe,
- 2 einen Längsschnitt des Wälzlagers,
- 3 einen vergrößerten Ausschnitt aus 2,
- 4 einen Innenring des Wälzlagers mit Dichtungen in Explosionsdarstellung,
- 5 eine perspektivische Darstellung des Wälzlagers.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Das in 1, 2 und 5 dargestellte erfindungsgemäße Wälzlager für ein Wellgetriebe weist einen starren Innenring 1 mit einer am Außenumfang an einer elliptischen Umfangskontur gebildeten Laufbahn 2 und einen radial elastisch verformbaren Außenring 3 mit einer Laufbahn 4 am Innenumfang auf. Zwischen Innen- und Außenring 1, 3 sind als Kugeln ausgebildete Wälzkörper 5 in einem Wälzkörperkäfig 6 und an den Laufbahnen 2, 4 geführt angeordnet. Das Wälzlager ist auf diese Weise als elliptisches Wälzlager, hier als Rillenkugellager ausgebildet. Der Innenring 1 weist eine zwischen den Hauptscheiteln der elliptischen Umfangskontur der Laufbahn 2 verlaufende Großachse GAI und eine zwischen den Nebenscheiteln der elliptischen Umfangskontur der Laufbahn 2 verlaufende Kleinachse KAI mit GAI > KAI auf (1 und 2). Durch die von den an der elliptischen Laufbahn 2 des Innenrings 1 umlaufenden Wälzkörper 5 erzeugten Druckkräfte wird der flexible Außenring 3 entsprechend verformt. Bei einer Verdrehung des Innenrings 1 gegenüber dem Außenring 3 folgt die Verformung desselben der elliptischen Umfangskontur der Laufbahn 2 des Innenrings 1.
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Zur Abdichtung gegenüber der Umgebung ist am radialen Lagerspalt 7 zwischen Innen- und Außenring 1, 3 des Wälzlagers an beiden axialen Seite desselben jeweils eine als Dichtring ausgeführte Dichtung 8, 9 angeordnet (2, 3 und 4). Die Dichtungen 8, 9 bestehen jeweils aus einem ringförmigen Grundkörper 10, 11 der direkt am Innenring 1 drehfest abgestützt und abgedichtet ist, und aus einer am Grundkörper radial außen angesetzten ringförmigen elastischen Dichtlippe 12, 13. Die Dichtlippen 12, 13 bilden jeweils an ihrem Außenumfang Dichtfläche 14, 15, die jeweils direkt an korrespondierenden radialen Dichtflächen 16, 17 am Innendurchmesser des Außenrings 3 mit Kontaktdruck zur Abdichtung radial anliegen. Die Dichtflächen 14, 15 der Dichtlippen 12, 13 sind mit ihren elliptischen Umfangskonturen an die elliptische Umfangskontur der Laufbahn 2 des Innenrings 1 angepasst und verlaufen, beabstandet, insbesondere parallel oder annähernd parallel, zu dieser, an den Dichtflächen 16, 17 des Außenrings 3 anliegend. Die Umfangskonturen der Dichtflächen 14, 15 an den Dichtlippen 12, 13 und die Umfangskonturen der Dichtflächen 16, 17 des Außenrings 3 weisen gleiche Großachsen (GAD, GAA) und gleichen Kleinachsen (KAD, KAA) und einen gemeinsamen Mittelpunkt M mit der elliptischen Umfangskontur der Laufbahn 2 des Innenrings 1 auf (1 und 2).
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Da die Dichtungen 8, 9 drehfest am Innenring 1 abgestützt sind, folgen bei einer Verdrehung des Innenrings 1 gegenüber dem Außenring 3 die elliptischen Umfangskonturen der Dichtlippen 12, 13 mit den Dichtflächen 14, 15 der Umfangskontur der Dichtflächen 16, 17 der wandernden Verformung des Außenrings 3. Hierbei liegen die Dichtlippen 12, 13 mit den Dichtflächen 14, 15 immer an den Dichtflächen 16, 17 des letzteren sicher an. Dadurch wird das Wälzlager an beiden axialen Seiten des Lagerspalts 7 durch die direkt zwischen Innen- und Außenring 1, 3 angeordneten Dichtungen 8, 9 zur Umgebung hin abgedichtet. In dem auf diese Weise abgedichtete Innenraum des Wälzlagers sind die Wälzkörper 5 und der Wälzkörperkäfig 6 sowie Schmiermittel, d.h. Öl oder Lagerfett, aufgenommen.
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Die Dichtlippen 12, 13 bestehen jeweils aus einem ringförmigen radialen Abschnitt, mit dem sie radial innen am jeweiligen Grundkörper 10, 11 einteilig mit diesem verbunden angesetzt sind (3 und 4). Die radialen Abschnitte der Dichtlippen 12, 13 decken das Wälzlager an beiden axialen Seiten des Lagerspalts 7 ab. Sie gehen radial außen an einem bogenförmigen Übergangsbereich in nach axial innen vorstehende ringförmig umlaufende kragenförmige Abschnitte über. Diese bilden an ihrem elliptischen Außenumfang die Dichtflächen 14, 15, die an den korrespondierenden Dichtflächen 16, 17 am Innendurchmesser des Außenrings 3 ringförmig elastisch anliegen. Die Wandstärke SG der Grundkörper 10, 11 ist doppelt oder annähernd doppelt so groß wie die Wandstärke SD der Dichtlippen 12, 13, wobei letztere im Bereich der kragenförmigen Abschnitte mit den Dichtflächen 14, 15 weiter reduziert ist.
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Die Dichtlippen 12, 13 weisen an den kragenförmigen Abschnitten eine vorbestimmte axiale Breite BD auf, die die axiale Erstreckung der kragenförmigen Abschnitte mit den elliptischen Dichtflächen 14, 15 am Außenumfang und damit die Anlage am Außenring 3 bestimmt. Die axiale Breite BD ermöglicht zugleich einen zusätzlichen Toleranzausgleich an den Dichtlippen 12, 13, wobei dieser und der von den elastischen Dichtlippen 12, 13 erzeugte Kontaktdruck die Anlage derselben an den Dichtflächen 16, 17 des Außenrings 3 und die Abdichtung am gesamten Umfang der Dichtlippen 12, 13 am Außenring 3 gewährleistet.
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Mit der Breite BD stehen die Dichtungen 8, 9 mit den Dichtlippen 12, 13 im Bereich des Lagerspalts 7 an beiden axialen Seiten des Innenrings 3 axial vor. Dabei sind die Dichtlippen 12, 13 radial außen von den Dichtflächen 16, 17 am Innendurchmesser des Außenrings 3 umfasst, die sich an beiden axialen Seiten der Laufbahn 4 desselben bis zu den axialen Seitenrändern des Außenrings 3 erstrecken. Dieser überragt mit seinen Seitenrändern die axialen Außenseiten der Dichtungen 8, 9 im Bereich der die Dichtlippen 12, 13 geringfügig axial, wodurch sichergestellt wird, dass die Dichtungen 8, 9 nicht in Kontakt mit einem benachbarten Bauteil gelangen.
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Die axiale Breite BI des Innenrings 1 ist kleiner als die Differenz aus axialer Breite BA des Außenrings 3 und der zweifachen axialen Breite BD der umgebogenen kragenförmigen Abschnitte der Dichtlippen 12, 13, es ist somit BI< BA - 2BD, wobei die axiale Breite Bi des Innenrings 1 vorzugsweise dem Durchmesser oder annähernd dem Durchmesser der Wälzkörper 5 entspricht (3). Dies erlaubt die Ausbildung der Laufbahn 2 am Außenumfang des Innenrings 1 mit minimalem axialen Abstand zu den Seitenrändern des Innenrings 1.
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Die Grundkörper 10, 11 bilden die radial inneren Abschnitte der Dichtungen 8, 9 mit einer planen ringförmigen axialen Dichtfläche 18, 19 an der axialen Innenseite. Mit den Dichtfläche 18, 19 sind die Grundkörper 10, 11 an planen axialen Seitenflächen des Innenrings 1 zur Abdichtung angelegt (3 und 4). Die Dichtflächen 18, 19 werden radial innen durch zentrale kreisrunde Durchgangslöcher 20, 21 und radial außen durch Absätze 22, 23 begrenzt, an denen die Grundkörper 10, 11 entsprechend der axialen Breite BD der kragenförmigen Abschnitte der Dichtlippen 12, 13 nach axial außen aufgeweitet sind. Am Außendurchmesser der Absätze 22, 23 sind die Dichtlippen 12, 13 am jeweiligen Grundkörper 10, 11 einteilig mit diesem verbunden ringförmig angesetzt.
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Die Grundkörper 10, 11 mit den Absätzen 22, 23 und die Dichtlippen 12, 13 umschließen dabei einen im Bereich des Lagerspalts 7 relativ zu den axialen Außenseiten des Innenrings 1 um die axialen Breite BD vorstehenden Ringraum, in den der Wälzkörperkäfig 6 mit einer axialen Außenseite durch einen axialen Luftspalt zum radialen Abschnitt einer Dichtlippe 13 beabstandet hineinragt (3).
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An den axialen Dichtflächen 18, 19 der Grundkörper 10, 11 sind nach axial innen vorstehende hohlzylindrische Zapfen 24, 25 ringförmig über den Umfang gleichmäßig verteilt und konzentrisch zu den Durchgangslöchern 20, 21 angeordnet (1 und 4). Zur Befestigung sind die Zapfen 24, 25 in korrespondierende axial durchgehende Bohrungen 26, 27 am Innenring 1 zur Befestigung eingepresst. Der hierdurch nach der Montage zurückbleibende axiale Pressdruck gewährleistet die Abdichtung an den axialen Dichtflächen 18, 19 der Dichtungen 8, 9 und dem Innenring 1. Auf diese Weise sind die Dichtungen 8, 9 mit den Grundkörpern 10, 11 über die in die Bohrungen 26, 27 eingreifenden Zapfen 24, 25 drehfest und zugleich abgedichtet am Innenring 1 axial und radial abgestützt.
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Der Innenring 1 ist an einer zentralen nabenförmigen Durchgangsbohrung 27 durch ein nicht dargestelltes Antriebselement drehend antreibbar (4 und 5). Hierzu ist am Innendurchmesser der Durchgangsbohrung 27 eine Angriffskontur 28 ausgebildet, an der ein nicht dargestelltes Antriebselements, insbesondere über eine Kupplung, zur Übertragung eines Drehmoments drehfest angreifen kann. Die Angriffskontur 28 wird hier durch axiale Kupplungsnuten gebildet, die am Innendurchmesser Innenrings 1 über den Umfang gleichmäßig verteilt ausgebildet ist, in die das Antriebselement mit einer korrespondierenden Kupplung mit Formschluss in Umfangsrichtung axial eingreifen kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Innenring
- 2
- Laufbahn
- 3
- Außenring
- 4
- Laufbahn
- 5
- Wälzkörper
- 6
- Wälzkörperkäfig
- 7
- Lagerspalt
- 8
- Dichtung
- 9
- Dichtung
- 10
- Grundkörper
- 11
- Grundkörper
- 12
- Dichtlippe
- 13
- Dichtlippe
- 14
- Dichtfläche
- 15
- Dichtfläche
- 16
- Dichtfläche
- 17
- Dichtfläche
- 18
- Dichtfläche
- 19
- Dichtfläche
- 20
- Durchgangsloch
- 21
- Durchgangsloch
- 22
- Ringabsatz
- 23
- Ringabsatz
- 24
- Zapfen
- 25
- Zapfen
- 26
- Bohrung
- 27
- Bohrung
- 28
- Angriffskontur
- GAI
- Großachse Innenring
- KAI
- Kleinachse Innenring
- GAD
- Großachse Dichtung
- KAD
- Kleinachse Dichtung
- GAA
- Großachse Außenring
- KAA
- Kleinachse Außenring
- BD
- Breite Dichtlippe
- BI
- Breite Innenring
- BA
- Breite Außenring