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Die Erfindung betrifft ein Wälzlager umfassend einen Innenring sowie einen auf diesem wälzende Wälzkörper halternden Käfig.
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Solche Wälzlager kommen in unterschiedlichsten Einsatzgebieten zur Anwendung, häufig auch in Lageranordnungen, bei denen aufgrund der Rotation der gelagerten Elemente eine Wechsellast auf das Wälzlager wirkt. Ein Beispiel ist eine Ausgleichswelle in einem Motor, beispielsweise einem Motorradmotor, welche Ausgleichswelle mit rotierenden Masseelementen verbunden ist, wobei die Ausgleichswelle dazu dient, etwaige Rotationen der eigentlichen Kurbelwelle zu kompensieren. Eine solche Ausgleichswelle ist üblicherweise über zwei derartige Wälzlager im Gehäuse gelagert, wobei die Welle im Innenring des Wälzlagers aufgenommen ist, das Lager ist selbst über den Außenring in Gehäuse fixiert. Bei einer Rotation der Ausgleichswelle kommt es zu lokalen Wechsellasten an den Laufbahnen des Innenrings, aber auch des Außenrings, resultierend aus der Belastung der üblicherweise als Kugel ausgeführten Wälzkörper.
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Untersuchungen haben gezeigt, dass es trotz Ölschmierung zu Schäden an den Laufflächen des Innenrings, aber auch des Außenrings, kommt, es tritt ein sogenanntes „pitting“ respektive „gray staining“ auf, was im Laufe der Zeit zum Ausfall des Wälzlagers führt.
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Der Erfindung liegt das Problem zu Grunde, ein verbessertes Wälzlager anzugeben, bei dem auch im Fall solcher Belastungen die Lebensdauer verbessert ist.
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Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Wälzlager der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Käfig an wenigstens einer Seite einen seitlich umlaufenden, den Innenring radial übergreifenden Bund aufweist, der einen oder mehrere, sich von der Außenseite des Bunds axial und radial schräg erstreckende Schlitze aufweist.
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Der erfindungsgemäß vorgesehene Käfig weist ein besonderes Design auf. Einerseits übergreift er den Innenring radial im Bereich des Innenringrandes, wobei die beiden Innenringränder die Laufbahn des Innenrings seitlich begrenzen. Der Käfig, der bevorzugt beidseits jeweils einen den Innenring übergreifenden, jeweils einen oder mehrere Schlitze aufweisenden Bund aufweist, erstreckt sich also axial gesehen bis nahe zu einem oder vorzugsweise beiden Innenringende, so dass ein radialer Übergriff gegeben ist.
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Zusätzlich ist der eine oder sind bevorzugt beide Bunde mit jeweils einem oder mehreren, axial und radial schräg verlaufenden Schlitzen versehen. Diese Schlitze erstrecken sich respektive laufen quasi von einem axial gesehen mittleren Käfigbereich hin zu dem oder den Bundenden, wo sie nach außen hin offen sind. Dies ermöglicht es, dass über diese Schlitze Schmiermittel, also Öl, quasi „geschöpft“ wird und in den Bereich der vertieften Laufbahn gefördert wird, so dass hierüber eine definierte Förderung und quasi ein Pumpeffekt erzielt wird, resultierend aus der Zentrifugalkraft und der winkligen Einstellung der Schlitze und dem Umstand, dass diese im Bereich der Laufbahn enden. Das zugeführte Schmiermittel kann demzufolge aktiv in den Laufbahnbereich geführt und dort gesammelt werden, so dass stets eine gute Schmierung im Laufbahnbereich gegeben ist.
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Darüber hinaus wird hierüber natürlich auch die Schmierung im Bereich des Außenrings verbessert, da das in den Innenring geführte Schmiermittel durch die Rotation respektive Zentrifugalkräfte auch nach außen getrieben wird und demzufolge hierüber auch der Außenring geschmiert wird.
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Insgesamt ergibt sich demzufolge eine deutliche verbesserte Schmierung, was zu einer Lebensdauerverlängerung führt, selbst wenn es zu extremen Wechsellasten kommt.
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Aufgrund des Umstands, dass der Käfig eine gewisse Elastizität hat, insbesondere, wenn er aus Kunststoff wie beispielsweise PEEK ist, ergibt sich ferner der Effekt, dass es aufgrund einer geringfügigen Deformation auch des Schlitzes aufgrund der Wechsellast dazu kommen, dass sie auch der Abstand des oder der Käfigbunde von dem gegenüber liegenden Rand und des Innenrings lokal respektive lastbedingt geringfügig variiert, das heißt, dass dieser Abstand lokal etwas kleiner wird, wenn der Käfig in den Lastbereich läuft, und sich beim Auslaufen aus dem Lastbereich wieder etwas vergrößert. Auch dies ist dem aktiven Pumpeffekt zuträglich respektive verhindert, dass im Lastbereich das Schmiermittel wieder aus dem Innenring herausgedrückt wird, da sich der Abstand Käfigbund-Ringbund in diesem Bereich verschmälert.
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Die Schlitze beider Bunde erstrecken sich zweckmäßigerweise in die gleiche Richtung, nachdem üblicherweise eine solche Welle wie beispielsweise die Ausgleichswelle des Motorradmotors nur in einer Richtung dreht, so dass stets einen definierten Schöpf - respektive Zufuhrausrichtung gegeben ist.
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Wie ausgeführt übergreift der Käfig mit seinem einen oder mit bevorzugt beiden Bunden den Innenring radial, erstreckt sich also bevorzugt nahezu bis zum jeweiligen Ringende. Eine besonders zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung sieht nun vor, dass der Innenring an dem dem oder jedem Bund gegenüberliegenden Seitenbereich eine konische Außenfläche aufweist. Das heißt, dass auch der Innenring ein spezifisches Design hat, das der Fluidforderung zuträglich ist. Die konischen Seitenbereiche respektive Außenfläche steigen von den Stirnflächen gesehen konisch zur Ringmitte hinein, in entsprechender Weise ist bevorzugt die Geometrie des Käfigs im Bereich des oder der Käfigbunde gegengleich, das heißt, dass eine nach außen konisch abfallende Geometrie gegeben ist, im Bereich welcher der oder die Schlitze vorgesehen sind. Durch die Zentrifugalkraft respektive Rotation dienen nun diese Seitenbereiche respektive konischen Außenflächen als zusätzliche Führungsflächen, die mit den entsprechenden übergreifenden Käfigbundflächen von der definierten Führung sorgen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
- 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Wälzlagers,
- 2 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Käfigs,
- 3 eine Perspektivansicht des Käfigs aus 2,
- 4 eine vergrößerte Teilansicht des Bereichs IV aus 2,
- 5 eine Ansicht des Innenrings des Wälzlagers aus 1,
- 6 eine Prinzipdarstellung zur Erläuterung des Schmiermittelflusses unter Darstellung des Wälzlagers im Schnitt,
- 7 eine Prinzipdarstellung, ausgehend von 6, des Ölflusses im Kugelbereich,
- 8 eine Prinzipdarstellung zum Schmiermittelfluss außerhalb des Kugelbereichs,
- 9 eine Prinzipdarstellung zur Erläuterung der Lastsituation am Wälzlager,
- 10 eine Prinzipdarstellung der Abstandsverhältnisse zwischen Käfig und Innenring außerhalb der Lastzone, und
- 11 eine Prinzipdarstellung ähnlich 10 in der Lastzone.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Wälzlager 1, umfassend einen Außenring 2, einen Innenring 3, einen Käfig 4 sowie mehrere im Käfig aufgenommene Wälzkörper 5 in Form von Kugel, die auf entsprechenden Laufbahnen des Außen- und Innenrings 2, 3 abwälzen.
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Die 2-4 zeigen Details des Käfigs 4. Dieser weist zum einen, sehe 3, eine Vielzahl an Aufnahmen 6 für die Wälzkörper 5 auf. Darüber hinaus weist er zwei seitliche Bunde 7 auf, die in der Montagestellung, worauf nachfolgend eingegangen wird, die Innenringbunde zumindest abschnittweise übergreifen, um einen definierten, umlaufenden Ringschlitz zu definieren, über den eine definierte Schmiermittelzufuhr zur Laufbahn des Innenrings 3 möglich ist.
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Um eine definierte Schöpf- oder Pumpwirkung zu erzielen, ist jeder Bund 7 des Käfigs 4 mit mehreren sich radial und axial erstreckenden Schlitzen 8 versehen, siehe insbesondere die vergrößerte Darstellung gemäß 4. Die Schlitze 8 beider Seiten laufen in die gleiche Richtung und aufeinander zu, sie erstrecken sich von einem mittleren Käfigabschnitt zum jeweiligen freien Ende des Bundes 7 hin, sind zu diesem also offen.
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Der Innenring 3 selbst weist, siehe 5, zwei endständige Ringbunde 9 auf, zwischen denen die Laufbahn 10, auf der die Wälzkörper 5 wälzen ist. Ersichtlich weisen die Ringbunde 9 jeweils eine konische Außenfläche 11 auf.
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In der Montagestellung, siehe 6, übergreifen die Bunde 7 des Käfigs 4 die Ringbunde 9 radial, sie erstrecken sich nahezu bis zum jeweiligen axial Ende des Innenrings 3. In 6 ist eine mittige Schnittansicht darstellt, bei der zum einen im Bereich des Wälzkörpers 5 geschnitten ist, sehe die obere Figurhälfte, und zum anderen, siehe die untere Figurhälfte, im Bereich außerhalb des Wälzkörpers 5.
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In jedem Fall bildet sich ein umlaufender, ringförmiger Schlitz 12 zwischen den Außenflächen 11 und den Innenflächen der Käfigbunde 7 aus, über die grundsätzlich ein Eintritt eines Schmiermittels 13 in den Bereich der Lauffläche 10 bei einer Rotation des Innenrings 3 möglich ist.
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Verstärkt wird nun diese Schmiermittelzufuhr durch die definierten Schlitze 8, wie in den vergrößerten Teilansichten in 6 gezeigt ist, wo durch die entsprechenden Pfeile P1 der hierüber definierte Schmiermittelzufluss dargestellt ist.
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Die 7 und 8 zeigen, ausgehend von den Schnittdarstellungen in 6, wie das Schmiermittel 13 einerseits im Kugelbereich (7), andererseits im Bereich außerhalb davon (8) geführt ist. Im Kugelbereich bildet sich einerseits eine optimale Schmierung des Wälzkörpers 5 aus, andererseits erfolgt durch die Rotation auch ein Austreiben des Schmiermittels 13 zum Außenring 2 hin, so dass auch im Bereich der Laufbahn 14 des Außenrings 2 eine verbesserte Schmierung gegeben ist, das Schmiermittel 13 wird also auch in diesem Bereich definiert geführten und gehalten wird. Im Bereich außerhalb davon ist genügend Raum gegeben, um auch hier das Schmiermittel 13 zum Außenring 2 zu führen und dort im Bereich der vertieften Laufbahn 14 zusammen.
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9 zeigt eine Prinzipdarstellung der Lastverhältnisse bei Anwendung eines erfindungsgemäßen Wälzlagers 1 zur Lagerung einer Ausgleichswelle 16, die mit einem Ausgleichsgewicht 15 versehen ist. Es ergibt sich aufgrund dieser Unwucht eine entsprechende Lastrichtung gemäß Pfeil P2. Dies führt dazu, dass es zu einer geringeren Radialversetzung des Innenrings 3 kommt, wie durch den Pfeil P3 dargestellt ist, wenn es zur Rotation gemäß Pfeil P4 kommt.
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Dies hat wiederum Auswirkung auf die Breite des sich ergebenden Spaltes 12 zwischen den jeweiligen Außenflächen 11 des Ringbunds 9 und der Innenseite des jeweiligen Bunds 7 des Käfigs 4. Außerhalb des Lastbereichs ist ein größerer Abstand gegeben, siehe 10. Im Lastbereich nimmt die Spaltenbreite jedoch geringfügig ab, wie 11 zeigt.
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Insgesamt ermöglicht das erfindungsgemäße Wälzlager eine deutliche verbesserte Schmierung auch bei ungleichförmig respektive hoch belasteten Wälzlagern, wie sie beispielsweise bei Motorradmotoren verwendet werden, wo mitunter Drehzahlen von 10 000-11 500 U/min gegeben sind. Trotz dieser extremen Belastung ist aufgrund der Wälzlagerausgestaltung respektive Käfigausgestaltung eine definierte Schmiermittelversorgung gegeben.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wälzlager
- 2
- Außenring
- 3
- Innenring
- 4
- Käfig
- 5
- Wälzkörper
- 6
- Aufnahmen
- 7
- Bund
- 8
- Schlitz
- 9
- Ringbund
- 10
- Laufbahn
- 11
- Außenfläche
- 12
- Schlitz
- 13
- Schmiermittel
- 14
- Laufbahn
- 15
- Ausgleichsgewicht
- 16
- Ausgleichswelle
