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Die Erfindung betrifft ein Wälzlager, umfassend einen Außenring und einen Innenring.
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Ein Problem, das bei vielen Maschinen oder Aggregaten unterschiedlichsten Typs gegeben ist, sind Maschinengeräusche, die durch periodische Anregungsmechanismen verursacht werden. Sie werden oft von einer Anregungsquelle erzeugt und über einen Transferpfad, der aus der mechanischen Kopplung der entsprechenden Bauteile, insbesondere der Strukturbauteile wie Lagerplatten, Lagerschilde, Aufnahmen für Schaltelemente oder Hohlräder, Lagerschalen, Lagerringe oder Gehäuseteile besteht, weitergeleitet. Eine Möglichkeit zur Geräuschreduzierung ist, die Anbindungsstellen zum Gehäuse zu isolieren oder zu dämpfen, insbesondere im Bereich von Lagerstellen. Hierzu ist es bekannt, die Ankopplung beispielsweise des Lageraußenrings elastisch zu gestalten, beispielsweise durch die Anbringung von Elastomerschichten, wie beispielsweise aus
DE 2014 118 553 A1 bekannt. Die Anordnung respektive Integration solcher Elastomerschichten führen jedoch oft zu einer maßgeblichen Absenkung der Steifigkeit in der Anbindung des Bauteils an das Gehäuse in axialer und radialer Richtung, resultierend in einer möglichen Verschiebung der gelagerten Welle oder dergleichen bei Übertragung von Drehmomenten im Getriebe oder ähnliches.
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Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein demgegenüber verbessertes Wälzlager anzugeben.
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Zur Lösung des Problems ist bei einem Wälzlager der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass am Außenumfang des Außenrings und/oder am Innenumfang des Innenrings mehrere, in Umfangsrichtung über axial verlaufende Rippen voneinander getrennte Vertiefungen vorhanden sind, die an zumindest einer Seite über einen umlaufenden Ringsteg axial geschlossen sind, und die mit einem dämpfenden Materialausgefüllt sind.
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Das erfindungsgemäße Wälzlager ist einerseits in der Lage, entstehende Geräusche zu bedämpfen respektive die Geräuschübertragung zu reduzieren, bietet aber gleichzeitig auch eine hinreichende Steifigkeit in radialer Richtung wie auch in axialer Richtung an der Anbindungsstelle zur Umgebungskonstruktion. Es zeichnet sich dadurch aus, dass am Außenring und/oder am Innenring definierte Vertiefungen ausgebildet sind, die mit einem dämpfenden Material gefüllt sind, das üblicherweise eine deutlich geringere Steifigkeit als der Ringwerkstoff aufweist. Die Vertiefungen werden bevorzugt in Bereichen, die in der Montageposition eine geringere Last tragen, ausgebildet und ermöglichen es neben der Ausbildung der Aufnahmen für die Integration des Dämpfungsmaterials, das dann meist auch nicht direkt in der Hauptlastzone wirkt, auch Material am Lager zu sparen. Der Außen- oder Innenring ist üblicherweise aus Metall, beispielsweise aus Metallblech, weist also eine hohe Steifigkeit auf. Als Dämpfungsmaterial wird bevorzugt ein Polymerwerkstoff verwendet, also ein Werkstoff, der eine deutlich geringere Steifigkeit respektive einen deutlich geringeren E-Modul als der Metallwerkstoff des Rings aufweist. Da die Vertiefungen derart mit dem dämpfenden Material ausgefüllt sind, dass der Außenring respektive der Innenring trotz Ausbildung der Vertiefungen und Auffüllung mit dem Material einen zylindrischen Außen- oder Innenumfang aufweisen, wird hierüber sichergestellt, dass das Dämpfungsmaterial auch in Anlage an die Umgebungskonstruktion, sei es ein Gehäusebauteil, sei es eine Welle oder dergleichen, kommt, sodass es seine Dämpfungseigenschaft bestmöglich ausüben kann.
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Die Vertiefungen selbst sind in axialer sowie in radialer Richtung durch wenigstens einen entsprechenden Ringabschnitt begrenzt, der den Außen- respektive Innenumfang des Rings definieren und eine steife Anbindung, die ein Ein- oder Aufpressen beispielsweise in eine Gehäusebohrung oder auf eine Welle ermöglichen. In Umfangsrichtung sind die Vertiefungen über axial verlaufende Rippen voneinander getrennt, wobei diese Rippen axial an dem wenigstens einen umlaufenden Ringsteg angebunden sind, der den Außen- oder Innenring axial gesehen begrenzt. Die Rippen und der Ringsteg bilden die mechanische Schnittstelle zur Umgebungskonstruktion, über die also der Außen- oder Innenring an der Bohrungsinnenwand oder dem Außenumfang der Welle anliegt respektive aufgepresst ist. Über die Rippen und den Ringsteg werden also taschenförmige Vertiefungen ausgebildet, die entweder an einer Seite axial gesehen offen sind, wenn nur ein Ringsteg vorgesehen ist, die aber auch über einen zweiten Ringsteg beidseits axial geschlossen sein können, worauf nachfolgend noch eingegangen wird.
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Unabhängig davon bietet die erfindungsgemäße Ausgestaltung durch die Ausbildung der Vertiefungen nebst Füllung derselben mit dem Dämpfungsmaterial die Möglichkeit der Geräuschdämpfung an der entsprechenden Schnittstelle zur Umgebungskonstruktion. Andererseits bietet die Ausgestaltung die Möglichkeit das Wälzlager hinreichend steif auszuführen und insbesondere in hinreichend steifer und stabiler Weise in die Umgebungskonstruktion ein- oder aufzupressen, sodass sowohl in axialer als auch in radialer Richtung an den Anbindungsstellen eine hinreichende Grundsteifigkeit gegeben ist. Durch geeignete Wahl des Dämpfungsmaterials, das zwar eine geringere Steifigkeit als der Ringwerkstoff aufweist, jedoch trotz allem hinreichend steif sein kann, kann die Gesamtsteifigkeit des Wälzlagers ebenfalls beeinflusst werden.
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Zweckmäßig ist es, wenn die Rippen äquidistant um den Umfang angeordnet sind. Dies führt zu einem symmetrischen Tragbild und einer symmetrischen Lastverteilung um den Ringumfang an der Anbindungsstelle zur Umgebungskonstruktion, wie auch die Dämpfung aufgrund der dann zwangsläufig symmetrischen Vertiefungen homogen ist. Die Stege weisen bevorzugt eine gleiche Breite auf, sodass auch die Vertiefungsbreite über alle Vertiefungen gleich ist. Denkbar ist es aber auch, Stege unterschiedlicher Breite zu realisieren, worüber eine variable Steifigkeit in unterschiedlichen Raumrichtungen erzielt werden kann. In einem solchen Fall ist zweckmäßigerweise eine Montagecodierung z.B. in Form einer Nase oder Eintiefung o.dgl. am die unterschiedlichen Stege aufweisenden Lagerring vorzusehen, damit eine lagemäßig korrekte Montage gewährleistet werden kann.
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Wie bereits beschrieben ist es denkbar, dass die Vertiefungen nur an einer Seite über den umlaufen Ringsteg axial geschlossen sind. Dabei kann der Ringsteg an einem axialen Ende des Lagerrings vorgesehen sein und sich die Stege in eine Richtung vom Ringsteg weg erstrecken. Denkbar ist es aber auch, dass der Ringsteg axial gesehen in der Mitte des Lagerrings angeordnet ist und sich die Stege zu beiden Seiten zum Ringende hin erstrecken, so dass beidseits des Ringstegs gefüllte taschenartige Vertiefungen ausgebildet sind. Alternativ ist es auch denkbar, dass die Vertiefungen an beiden Seiten über jeweils einen Ringsteg axial geschlossen sind. Diese Ausgestaltung führt also zu in Umfangsrichtung und axial geschlossenen, taschenartigen Vertiefungen, nachdem die Rippen an beiden Ringstegen angeschlossen sind.
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In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der mit dem dämpfenden Material versehene Außen- oder Innenring einteilig ist oder aus zwei Ringhälften besteht, wobei jede Ringhälfte Vertiefungen, die mit dem Material gefüllt sind, aufweist. Üblicherweise wird beispielsweise bei zweireihigen Schrägkugellagern der Innenring zweigeteilt ausgeführt, wobei in diesem Fall zu beiden Seiten offene, über jeweils nur einen Ringsteg begrenzte Vertiefungen an den Innenringhälften vorgesehen werden.
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Das Wälzlager selbst ist letztlich in beliebiger Weise ausführbar, bevorzugt ist es jedoch als zweireihiges Kugellager ausgeführt. Beispielsweise kann es ein Ritzellager sein, bei dem aufgrund der Laufbahngeometrie des Außen- und Innenrings nur einseitig geschlossene Vertiefungen ausgebildet werden. Handelt es sich um ein zweireihiges Schrägkugellager mit zu unterschiedlichen Seiten ausgerichteten Laufflächen, ist eine mittige Ausbildung beidseits geschlossener Vertiefungen beispielsweise am Außenring denkbar und ähnliches. Das heißt, dass beliebige Lagerausführungen möglich sind, die sich jedoch alle dadurch auszeichnen, dass der Außen- oder Innenumfang des Außen- oder Innenrings durch einen oder zwei Ringstege sowie die mehreren Rippen definiert sind, und entsprechende Vertiefungen hierüber definiert sind, die mit dem dämpfenden Material gefüllt sind.
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Das dämpfende Material selbst ist, wie bereits beschrieben, zweckmäßigerweise ein Polymermaterial. Als ein solches Polymermaterial kann ein Duroplast verwendet werden. Lediglich exemplarisch und nicht beschränkend sind als mögliche Duroplaste beispielsweise Epoxidharz, Formaldehydharze wie beispielsweise Harnstoff-, Melamin- oder Phenol-Formaldehydharz, oder ungesättigter Polyester zu nennen. Alternativ dazu kann auch ein Thermoplast verwendet werden. Beispielhaft ist hier ABS, ET-FI, FEP, PA, PC, PEK, PEEK, PE, PET, PMMA, POM, PPI, PPS, PP oder PS zu nennen, wobei auch diese Aufzählung nicht abschließend und beschränkend ist. Vielmehr wird die Wahl des verwendeten Polymermaterials letztlich durch den erwünschten Dämpfungsgrad sowie die Steifigkeitsauslegung des Wälzlagers bestimmt.
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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 Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Wälzlagers einer ersten Ausführungsform,
- 2 eine Schnittansicht durch das Wälzlager aus 1 entlang der Linie II-II,
- 3 eine Schnittansicht durch das Wälzlager aus 1 entlang der Linie III-III,
- 4 eine geschnittene Teilansicht eines erfindungsgemäßen Wälzlagers einer zweiten Ausführungsform durch die Ebene von am Außen- und am Innenring ausgebildeten Vertiefungen,
- 5 eine Schnittansicht durch das Wälzlager aus 4 in einer Ebene der Rippen,
- 6 eine geschnittene Teilansicht eines erfindungsgemäßen Wälzlagers einer dritten Ausführungsform mit geteiltem Innenring, geschnitten in der Vertiefungsebene, und
- 7 das Wälzlager aus 6 geschnitten in der Rippenebene.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Wälzlager 1, umfassend einen Außenring 2 sowie einen Innenring 3, an denen, siehe die 2 und 3, entsprechende Laufflächen 4, 5 am Außenring und 6, 7 am Innenring ausgebildet sind, auf denen entsprechende Kugeln 8, 9 wälzen. Das gezeigte Wälzlager ist als zweireihiges Ritzellager ausgeführt.
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Der Außenring 2, der, wie auch der Innenring, aus Metall, beispielsweise einem tiefgezogenem Metallblech, besteht, ist an seiner Außenseite strukturiert. Er weist einen umlaufenden Ringsteg 10 auf, siehe 2, der den Außenring 2 vom Außenumfang her axial endständig definiert. Von dem Ringsteg 10 erstrecken sich mehrere, äquidistant um den Umfang verteilte Rippen 11 axial zur gegenüberliegenden Ringseite, wie die 1 und 3 zeigen. Der Ringsteg 10 sowie die Rippen 11 definieren die Anbindungsflächen des zylindrischen Außenumfangs zur Umgebungskonstruktion, beispielsweise einer Bohrung, in die der Außenring 2 eingepresst ist, stützen es also zur Umgebungskonstruktion hin ab und definieren zum überwiegenden Maß die Steifigkeit im Anbindungspunkt.
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Aufgrund der Ringsteg- und Rippenstruktur ergeben sich äquidistant um den Umfang verteilte Vertiefungen 12, wie die 1 und 2 zeigen. Die Vertiefungen 12 sind allesamt identisch, sowohl was die Tiefe, Breite und Länge angeht. Sie sind, da nur ein Ringsteg 10 vorgesehen ist, an einer Seite axial offen.
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Alle Vertiefungen 12 sind mit einem dämpfenden Material 13 gefüllt, das eine geringere Steifigkeit als der Metallwerkstoff des Außenrings aufweist. Das Material 13 ist bevorzugt ein Polymermaterial, es kann sich um ein Thermoplast, bevorzugt aber um ein Duroplast handeln. Unabhängig davon weist jeder Polymerwerkstoff einen geringeren E-Modul und demzufolge eine geringere Steifigkeit als das Metall des Außenrings 2 auf, und das im Vergleich zu diesem dämpfende Eigenschaften besitzt.
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Ersichtlich ist jede Vertiefung 12 so mit dem dämpfenden Material 13 ausgefüllt, dass sich eine zylindrische Außenform bzw. Außenumfang ergibt.
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Im Rahmen der Montage ist es ohne Weiteres möglich, trotz Integration des dämpfenden Materials 13 den Außenring in die entsprechende Bohrung einzupressen, da das dämpfende Material 13 über die axial verlaufenden Rippen 11 während des Einpressvorgangs geschützt ist. In der Montagestellung liegt es an der Bohrungsinnenwand an, sodass etwaige, zu einer Geräuschbildung führende Schwingungen seitens der Gehäusewand in das dämpfende Material 13 eingeleitet und dort bedämpft werden können, wie auch umgekehrt über das Wälzlager übertragene Schwingungen ebenfalls hierüber bedämpft werden können.
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Der Innenring 3 ist bei diesem Ausführungsbeispiel an seinem zylindrischen Innenumfang nicht profiliert, erweist keine Vertiefungen und demzufolge auch kein dämpfendes Material auf. 2 zeigt jedoch über die gestrichelte Linie L an, dass selbstverständlich auch der Innenring eine entsprechende Ringsteg- und Rippenstruktur und damit auch Vertiefungen aufweisen kann, die mit einem dämpfenden Material gefüllt werden können, sodass auch eine Geräuschdämpfung über den Innenring erfolgen kann.
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Wie beschrieben, zeigen die 1 bis 3 ein zweireihiges Ritzellager. Die Erfindung ist jedoch auf beliebige Lagertypen anwendbar, z.B. Rollen- oder Tonnenlager etc.
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Die 4 und 5 zeigen ein weiteres erfindungsgemäßes Wälzlager 1, wobei für gleiche Bauteile gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Es weist ebenfalls einen Außenring 2 sowie einen Innenring 3 auf und ist als zweireihiges Schrägkugellager ausgeführt. Am Außenring 2 sind Laufbahnen 4, 5 und am Innenring 3 Laufbahnen 6, 7 ausgebildet, auf denen die Kugeln 8, 9 in bekannter Weise wälzen, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel eine O-Anordnung gezeigt ist. Die Kugeln sind, wie auch die Kugeln bei dem Ritzellager, käfiggeführt.
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Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel, bei dem Außen- und Innenring 2, 3 jeweils einteilig sind, sind sowohl am Außenring 2 als auch am Innenring 3 entsprechende Vertiefungen 12 (am Außenring) respektive 14 (am Innenring) ausgebildet, die jeweils mit einem dämpfenden Material 13, 15 gefüllt sind, wobei es sich um jeweils identisches Polymermaterial handeln kann.
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Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Vertiefungen 12 des Außenrings 2 über zwei axial endständige Ringstege 10 sowie äquidistant in Umfangsrichtung versetzt angeordnete, sich zwischen den beiden Ringstegen 10 erstreckende Rippen 11 allseitig begrenzt, sodass sich geschlossene taschenartige Vertiefungen 12 ausbilden.
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In entsprechender Weise ist der Innenring 3 am Innenumfang profiliert. Auch hier sind zwei endständige Ringstege 16 ausgebildet, zwischen denen sich, siehe auch hier 5, axial verlaufende Rippen 17 erstrecken, sodass auch die am Innenring 3 ausgebildeten Vertiefungen 14 taschenartig und allseitig geschlossen sind.
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Auch hier ergibt sich eine sehr steife Abstützung sowohl des Außen- als auch des Innenrings 2, 3 zur jeweiligen Umgebungskonstruktion resultierend aus der Anlage der Ringstege 10 respektive 16 sowie der Rippen 11 respektive 17 an der Umgebungskonstruktion. Gleichzeitig liegt auch das jeweilige dämpfende Material 13, 15 an der Umgebungskonstruktion an und führt zu einer Geräuschdämpfung.
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Die 6 und 7 zeigen eine Prinzipdarstellung eines Wälzlagers 1 einer dritten Ausführungsform, wiederum umfassend einen Außenring 2 sowie einen Innenring 3, der hier aus zwei Ringhälften 3a, 3b besteht, die axial aneinander anliegen. Das Wälzlager 1 ist wiederum als zweireihiges Schrägkugellager ausgeführt, wobei am Außenring 2 Laufbahnen 4, 5 sowie an jeder Ringhälfte 3a, 3b eine Laufbahn 6, 7 ausgebildet ist, auf denen wieder Kugeln 8, 9 laufen.
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Die Ausgestaltung des Außenrings 2 entspricht der wie zu den 4 und 5 erläutert. Er ist mit in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten, mittigen Vertiefungen 12, die mit einem dämpfenden Material 13 gefüllt sind, versehen, die beidseits axial über entsprechende Ringstege 10 begrenzt sind, zwischen denen sich, siehe 7, entsprechende äquidistant in Umfangsrichtung beabstandete Rippen 11 erstrecken.
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Auch der Innenring 3 ist mit dämpfendem Material versehen, wobei hier die Anordnung aufgrund der Zweiteilung in die Ringhälften 3a, 3b anders ist als bei der Ausgestaltung gemäß der 4 und 5. Jede Ringhälfte 3a, 3b ist mit einer axial nach außen offenen Vertiefung 18a, 18b versehen, die jeweils axial nach innen über entsprechende Randstege 19a, 19b begrenzt ist, und die in Umfangsrichtung über entsprechende Rippen 20a, 20b (siehe 7) begrenzt sind. Es sind also nach außen axial offene Vertiefungen ausgebildet, in denen jeweils ein dämpfendes Material 21a, 21b aufgenommen ist, beispielsweise wiederum ein Polymermaterial. Über die Ringstege 19a, 19b und die Rippen 20a, 20b ist wiederum eine steife Anbindung zur Umgebungskonstruktion, beispielsweise der Welle, auf die der Innenring 3 aufgepresst ist, gegeben, wie gleichzeitig aber auch über die dämpfenden Materialien 20a, 20b, die an der Welle anliegen, eine Geräuschdämpfung möglich ist.
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Für alle Ausgestaltungen gilt, dass das dämpfende Material vornehmlich ein Polymermaterial ist. Im Rahmen der Herstellung wird das Polymermaterial auf einfache Weise in einem Spritzverfahren in die entsprechenden Vertiefungen gespritzt und so fest mit dem jeweiligen Ring verbunden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wälzlager
- 2
- Außenring
- 3
- Innenring
- 3a
- Ringhälfte
- 3b
- Ringhälfte
- 4
- Lauffläche am Außenring
- 5
- Lauffläche am Außenring
- 6
- Lauffläche am Innenring
- 7
- Lauffläche am Innenring
- 8
- Kugel
- 9
- Kugel
- 10
- Ringsteg
- 11
- Rippe
- 12
- Vertiefung
- 13
- dämpfendes Material
- 14
- Vertiefung
- 15
- dämpfendes Material
- 16
- Ringsteg
- 17
- Rippe
- 18a
- Vertiefung
- 18b
- Vertiefung
- 19a
- Randsteg
- 19b
- Randsteg
- 20a
- Rippe
- 20b
- Rippe
- 21a
- dämpfendes Material
- 21b
- dämpfendes Material
- L
- gestrichelte Linie
- II-II
- Linie
- III-III
- Linie
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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