DE102018210091A1 - Wälzlageranordnung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung (1) mit einer Kammer (5), die mit einem Wälzlager (4) ausgestattet ist, das in Rotation eine rotierende Welle (4) hinsichtlich eines feststehenden Gehäuses (3) lagert. Das Wälzlager (4) weist einen ersten Ring (8) und einen zweiten Ring (12) in relativer Rotation zueinander auf, wobei zumindest eine Reihe von Wälzkörpern (11) zwischen den Ringen (11) angeordnet ist. Die Kammer (5) weist Ethanol in flüssigem und/oder gasförmigen Zustand auf. Die Ringe (8, 12) sind mit einem diamantähnlichen Kohlenstoffmaterial (DLC) beschichtet.

Description

  • TECHNISCHES UMFELD DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wälzlageranordnung für die Verwendung in beliebigen Anwendungen mit drehenden Teilen, beispielswiese Automobilfahrzeuge, thermische und elektrische Motoren, Drehmomentübertragungsvorrichtungen.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Ein Wälzlager umfasst einen ersten Ring und einen zweiten Ring in relativer Rotation zueinander, wobei eine Reihe von Wälzkörpern zwischen den Ringen angeordnet ist.
  • Die Ringe können von der massiven Art sein. Eine massive Art ist zu verstehen als ein Ring, der durch eine maschinelle Bearbeitung, Schleifen, aus einem Metallrohling, Stangenrohling, Schmiederohling und/oder gewalzten Rohlingen erhalten wird, um die finale Form und Abmessungen des Rings bereitzustellen. Alternativ kann der Ring aus einem Metallblech geprägt und gestanzt sein.
  • Es ist bekannt, Lageranordnungen in Abwärmerückgewinnungseinheiten für ein Kraftfahrzeug, beispielsweise Lastwägen, bereitzustellen. Eine Lageranordnung umfasst ein Wälzlager, das in Rotation eine rotierende Welle hinsichtlich eines feststehenden Gehäuses lagert. Abwärmerückgewinnungseinheiten erlauben es, erwärmtes Gas in eine rotierende Bewegung einer Dampfturbine zu konvertieren, die an der rotierenden Welle befestigt ist. Eine Abwärmerückgewinnungseinheit kann reines Ethanol verwenden aufgrund seiner relativ niedrigen Verdampfungstemperatur von ungefähr 60°C.
  • Pures Ethanol ist jedoch hochkorrosiv für die Standardwälzlagerelemente. In solchen Anwendungen ist es bekannt, Ringe aus Edelstahl bereitzustellen. Derartige Ringe sind resistent gegenüber purem Ethanol und sichern eine längere Lebensdauer mit hoher Effizienz des Wälzlagers, sind aber sehr teuer.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Das Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile durch das Bereitstellen eines Wälzlagers, das für eine Verwendung mit Ethanol geeignet, leicht herzustellen und ökonomisch ist, zu verbessern.
  • Zu diesem Zweck betrifft die Erfindung eine Lageranordnung mit einer Kammer, die mit einem Wälzlager ausgestattet ist, das in Rotation eine rotierende Welle hinsichtlich eines feststehenden Gehäuses lagert. Das Wälzlager weist einen ersten Ring und einen zweiten Ring in relativer Rotation zueinander auf, wobei zumindest eine Reihe von Wälzkörpern zwischen den Ringen angeordnet ist. Die Kammer umfasst Ethanol in flüssigem und/oder gasförmigem Zustand.
  • Gemäß der Erfindung sind die Ringe mit einem diamantähnlichen Kohlenstoffmaterial (DLC) beschichtet.
  • Dank der Erfindung sind die Ringe des Wälzlagers resistent gegenüber dem korrosiven Ethanol, das in der Kammer bereitgestellt ist.
  • Darüber hinaus reduziert die DLC-Beschichtung die Reibung zwischen den Wälzelementen und den Ringen und verbessert dann den Rollkontakt und reduziert die Temperatur der Wälzlagerteile im Gebrauch.
  • Gemäß weiteren Aspekten der Erfindung, die vorteilhaft, aber nicht zwingen sind, kann ein derartiges Wälzlager ein oder mehrere der folgenden Eigenschaften aufweisen:
    • - Die Wälzkörper sind Rollen oder Nadeln.
    • - Die Wälzkörper sind Kugeln.
    • - Die Ringe sind aus Stahl, insbesondere des 100Cr6-Grades hergestellt.
    • - Die Wälzkörper sind aus einem keramischen Material hergestellt.
    • - Die Wälzkörper sind aus einem Edelstahl hergestellt.
    • - Die Wälzkörper sind umfänglich von einem Käfig gehalten.
    • - Der Käfig ist aus einem Polyetheretherketon (PEEK) hergestellt.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die Erfindung wird nun im Zusammenhang mit der angehängten Figur als illustratives Beispiel erklärt, ohne den Gegenstand der Erfindung einzuschränken. Die einzige Figur ist eine Schnittansicht eines Rillenkugellagers gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON EINIGEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
  • Die Figur offenbart eine Wälzlageranordnung 1. Beispielsweise kann die Anordnung 1 in einer Abwärmerückgewinnungseinheit eines Kraftfahrzeugs verwendet werden.
  • Die Anordnung 1 weist eine Kammer 5 auf, die ein leeres Volumen definiert, in dem dann ein Wälzlager 4 in Rotation eine rotierende Welle 2 hinsichtlich eines stationären Gehäuses 3 lagert. Die rotierende Welle 2 hat eine rotierende Längsachse X2 und verläuft durch Öffnungen der Kammer 5. Das stationäre Gehäuse 3 definiert die Wandungen des Gehäuses 5.
  • Die Kammer 5 umfasst Ethanol, und vorzugsweise reines Ethanol, in flüssigem und/oder gasförmigem Zustand.
  • In dem illustrierten Ausführungsbeispiel ist das Wälzlager 4 ein Rillenkugellager und hat eine rotierende Längsachse X4. Die Achsen X4 und X2 fallen zusammen.
  • Das Wälzlager 4 umfasst einen Innenring 8 mit einer inneren zylindrischen Bohrung 9. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der innere Ring 8 rotierend, wobei die Bohrung 9 an einer äußeren zylindrischen Fläche 7 einer rotierenden Welle 2 befestigt ist. Vorzugsweise ist der Innenring 8 mit Presspassung auf dem Wellenende befestigt, aber der Innenring 8 kann auch fest mit dem Wellenende durch jede andere geeignete Befestigungsart befestigt sein. Der Innenring 8 ist in Rotation mit der rotierenden Welle 2 befestigt. Der Innenring 8 weist weiterhin eine Außenfläche auf, die mit einem konkaven Abschnitt 10 ausgestattet ist, der eine inneren Laufbahn für mehrere Wälzkörper 11 ausbildet.
  • Das Wälzlager 4 weist einen Außenring 12 mit einer äußeren zylindrischen Fläche 13 auf, der in einer zylindrischen Bohrung 14 des stationären Gehäuses 3 angebracht ist. Vorzugsweise ist der Außenring 12 mit Presspassung in dem Gehäuse 3 befestigt, aber der Innenring 8 kann fest an dem Gehäuse 3 durch jede andere geeignete Befestigungsart befestigt sein. Der Außenring 12 ist stationär. Der Außenring 12 weist weiterhin eine innere Bohrung auf, die mit einem konkaven Abschnitt 15 ausgestattet ist, der eine äußere Laufbahn für mehrere Wälzkörper 11 ausbildet.
  • Alternativ kann der Innenring 8 ein stationärer Ring sein, während der Außenring 12 ein rotierender Ring ist.
  • Gemäß der Erfindung sind die Ringe 8, 12 mit einem diamantähnlichen Kohlenstoffmaterial (DLC) beschichtet. Vorzugsweise sind die Ringe 8, 12 aus Stahl hergestellt und insbesondere des 100Cr6 Grades. Die Ringe 8, 12 sind gegen Korrosion durch Ethanol in flüssigem und/oder gasförmigem Zustand geschützt, das in der Kammer 5 bereitgestellt ist.
  • Die Wälzkörper 11, hier Kugeln, sind radial zwischen den Laufbahnen 10, 15 des Innen- bzw. Außenrings 8, 12 angeordnet.
  • Vorzugsweise sind die Wälzkörper 11 aus einem Keramikmaterial hergestellt. Alternativ sind die Wälzkörper 11 aus einem Edelstahl hergestellt. Beide Materialien können korrosivem Ethanol widerstehen.
  • Die Wälzkörper 11 sind umfänglich von einem Käfig 16 gehalten. Der Käfig 16 weist einen ringförmigen Absatz 17 auf, der dazu gedacht ist, axial an einer Seite der Wälzkörper 11 und radial zwischen der Außenfläche des Innenrings und der Innenbohrung des Außenrings angeordnet zu sein. Der Käfig 16 weist weiterhin mehrere auskragende Abschnitte 18 auf, die sich axial von dem ringförmigen Absatz 17 erstrecken. Die auskragenden Abschnitte 18 sind integral mit dem Absatz 17 ausgebildet und begrenzt zwischen sich Taschen 19, in denen die Wälzkörper 11 aufgenommen sind. Die auskragenden Abschnitte 18 bilden Trennwände zwischen zwei umfänglich benachbarten Taschen.
  • Vorzugsweise kann jeder der auskragende Abschnitte 18 axial an seinem freien Ende durch Klauen 20 verlängert sein, um so die Wälzkörper 11 in die Taschen 19 einzuschnappen. Alternativ umfassen die auskragenden Abschnitte keine solchen Klauen oder nur eine begrenzte Anzahl von auskragenden Abschnitten des Käfigs umfassten Klauen.
  • Vorzugsweise ist der Käfig 16 aus einem Polyetheretherketon (PEEK) hergestellt. Der Käfig 16, der aus einem derartigen Material hergestellt ist, kann dem korrosiven Ethanol widerstehen.
  • Die vorliegende Erfindung wurde illustriert auf der Basis eines Rillenkugellagers 4 als Wälzlageranordnung 1. Es ist ebenfalls möglich, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen, ein Wälzlager mit mehr als einer Reihe von Wälzkörpern, mit anderen Arten von Wälzkörpern oder mit anderen Ringformen, bereitzustellen.
  • Repräsentative, nicht begrenzende Beispiele der vorliegenden Erfindung wurden oben im Detail beschrieben, mit Referenz auf die angehängten Zeichnungen. Diese detaillierte Beschreibung ist lediglich dazu gedacht, einem Fachmann weitere Details zu lehren, um bevorzugte Aspekte der vorliegenden Lehren zu praktizieren, und ist nicht dazu gedacht, den Schutzbereich der Erfindung zu begrenzen. Weiterhin können alle der zusätzlichen Eigenschaften und Lehren, die oben offenbart sind, separat oder in Verbindung mit anderen Eigenschaften und Lehren verwendet werden, um ein verbessertes Wälzlager bereitzustellen.
  • Darüber hinaus können verschiedene Eigenschaften der oben beschriebenen repräsentativen Beispielen, genauso wie der verschiedenen unabhängigen und abhängigen Ansprüche weiter unten auf Arten kombiniert werden, die nicht speziell und explizit beschrieben sind, um zusätzliche nützliche Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung bereitzustellen.

Claims (6)

  1. Lageranordnung (1) mit einer Kammer (5), die mit einem Wälzlager (4) ausgestattet ist, das in Rotation eine rotierende Welle (4) hinsichtlich eines feststehenden Gehäuses (3) lagert, wobei das Wälzlager (4) einen ersten Ring (8) und einen zweiten Ring (12) in relativer Rotation zueinander aufweist, wobei zumindest eine Reihe von Wälzkörpern (11) zwischen den Ringen (11) angeordnet ist, und die Kammer (5) Ethanol in flüssigem und/oder gasförmigen Zustand aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringe (8, 12) mit einem diamantähnlichen Kohlenstoffmaterial (DLC) beschichtet sind.
  2. Lageranordnung nach Anspruch 1, wobei die Ringe (8, 12) aus einem Stahl des Grades 100Cr6 hergestellt sind.
  3. Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wälzkörper (11) aus einem Keramikmaterial hergestellt sind.
  4. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Wälzkörper (11) aus einem Edelstahl hergestellt sind.
  5. Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wälzkörper (11) umfänglich durch einen Käfig (16) gehalten werden.
  6. Lageranordnung nach Anspruch 5, wobei der Käfig (16) aus einem Polyetheretherketon (PEEK) hergestellt ist.
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