DE102020102087A1 - Rollenlager mit einem schmierdurchlassoptimierten Lagerkäfig - Google Patents

Rollenlager mit einem schmierdurchlassoptimierten Lagerkäfig Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Rollenlager mit mehreren zwischen einem Lageraußenring (1) und einem Lagerinnenring (2) angeordneten und durch einen Lagerkäfig (4) geführten zylindrischen oder kegligen Wälzkörpern (3), wobei zumindest an einer Stirnseite (5a, 5b) des Lagerkäfigs (4) im radialen Zusammenwirken mit dem korrespondierenden Randbereich des Lagerinnenrings (2) und/oder des Lageraußenrings (1) ein Schmiermitteldurchlass ausgebildet ist, wobei Schmiermitteldurchlass durch mehrere kranzförmig am Lagerkäfig (4) zwischen benachbarten Wälzkörpern (3) angeformte und sich nach Radialinnen erstreckende Abstandsnasen (7) gebildet ist, die einen sich in Radialrichtung erstreckenden Randbordabschnitt (6a, 6b) des Lagerinnenrings (2) beziehungsweise Lageraußenrings (1) hintergreifen und am Lagerlaufbahnbereich (8) zur Anlage kommen, um nach außen hin eine definierte Radialspaltbreite (S1) zwischen dem Lagerkäfig (4) und dem Lagerinnenring (2) beziehungsweise Lageraußenring (1) zu bilden.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rollenlager mit mehreren zwischen einem Lageraußenring und einem Lagerinnenring angeordneten und durch einen Lagerkäfig geführten zylindrischen oder kegligen Wälzkörpern, wobei zumindest an einer Stirnseite des Lagerkäfigs im radialen Zusammenwirken mit dem korrespondierenden Randbereich des Lagerinnenrings und/oder des Lageraußenrings ein begrenzter Schmiermitteldurchlass ausgebildet ist.
  • Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf die Getriebetechnik bei Kraftfahrzeugen. So kommen Rollenlager der hier interessierenden Art beispielsweise bei Differentialgetrieben zum Einsatz, um Radiallagerstellen für eine an- oder abtriebseitige Getriebewelle zu bilden. Rollenlager weisen dabei eine für derartige Anwendungsfälle geeignete hohe Lagertragzahl auf.
  • Die Bestrebungen zur Reduzierung von Schadstoffemissionen sowie zur Steigerung von Reichweiten im Kraftfahrzeugbereich führen dazu, dass möglichst reibungsarme Wälzlagerungen gefordert sind. Ausschlaggebend für ein möglichst reibungsarm arbeitendes Wälzlager ist eine optimale Schmiermittelversorgung. Diese ist einerseits derart zu realisieren, dass hinreichend viel Schmiermittel zugeführt wird, dessen Strom jedoch andererseits auch nicht so stark fließen sollte, dass Planschverluste auftreten, welche typischerweise bei einem Überangebot an Schmierstoff entstehen.
  • Stand der Technik
  • Aus der JP 2009 204068 A geht ein gattungsgemäßes Rollenlager hervor. Dieses besteht im Wesentlichen aus mehreren zwischen einem Lageraußenring und einem Lagerinnenring angeordneten kegligen Wälzkörpern, welche durch einen speziellen Lagerkäfig geführt sind. Denn an einer Stirnseite des Lagerkäfigs wird im Zusammenwirken mit einem Randbordabschnitt des Lagerinnenrings eine Labyrinthdichtung gebildet. Die Labyrinthdichtung vermeidet einerseits Planschverluste von Schmiermittel, das in Axialrichtung durch den Zwischenbereich zwischen Lageraußenring und Lagerinnenring hindurchtritt. Andererseits bildet eine Labyrinthdichtung jedoch einen sehr geringen Schmiermitteldurchlass, so dass insbesondere für die eingangs erwähnten Anwendungsfälle eine zuverlässige Schmiermittelversorgung nicht sichergestellt werden kann.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Rollenlager der gattungsgemäßen Art dahingehend weiter zu verbessern, dass ein über die Geometrie des Lagerkäfigs erzeugter Schmiermitteldurchlass in einfacher Weise derart einstellbar ist, dass die exakt benötigte Schmiermittelmenge zur Verfügung gestellt werden kann.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Aufgabe wird ausgehend von einem Rollenlager gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
  • Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass ein Schmiermitteldurchlass im Bereich zwischen den Lagerringen durch mehrere kranzförmig am Lagerkäfig zwischen benachbarten Wälzkörpern angeformten und sich nach bevorzugt radial innen erstreckenden Abstandsnasen ausgebildet wird, welche einen sich nach radial außen erstreckenden Randbordabschnitt des Lagerinnenrings bzw. Lageraußenrings hintergreifen und am Lagerlaufbahnbereich zur Anlage kommen, um nach außen hin eine definierte Radialspaltbreite S1 zwischen dem Lagerkäfig und dem Lagerinnenring bzw. Lageraußenring zu bilden.
  • Mit anderen Worten definieren also diese erfindungswesentlichen Abstandsnasen die Radialspaltbreite S1, welche vorzugsweise zwischen dem Lagerkäfig und dem Lagerinnenring, aber auch zwischen dem Lagerkäfig und dem Lageraußenring gebildet sein können. Durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Lagerkäfigs und dessen Führung wird das Spiel des Lagerkäfigs möglichst gering gehalten. Dadurch wird auch ein Verkippen des Lagerkäfigs verhindert, was es ermöglicht, den Spalt zwischen dem Lagerkäfig und den Lagerringen, also insbesondere die Radialspaltbreite S1, noch kleiner auszulegen als bisher möglich, wodurch das Schmieröl aktiv aus dem Wälzlager geblockt wird und so die störenden Planschverluste verringert werden. Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass die Radialspaltbreite S1 im Zusammenwirken des Lagerkäfigs mit dem Lagerinnenring oder aber auch mit dem Lageraußenring realisiert werden kann.
  • Gemäß einer die Erfindung weiter verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass der Querschnitt des Schmiermitteldurchlasses im Zusammenwirken mit beiden Lagerringen realisiert wird, indem die stirnseitige Dicke D des Lagerkäfigs derart bemessen ist, dass sich gegenüber dem Lageraußenring eine weitere definierte Radialspaltbreite S2 ergibt.
  • Gemäß einer anderen die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass die Radialspaltbreite S1 und/oder S2 im Bereich eines ersten Randbordabschnitts oder eines in Axialrichtung gegenüberliegenden zweiten Randbordabschnitts des vorzugsweise Lagerinnenrings ausgebildet ist. Bei einem Kegelrollenlager findet die Schmiermitteldurchlassbegrenzung insoweit entweder am kleinen oder großen Randbordabschnitt statt bzw. am kleinen oder großen Innenringlaufbahndurchmesser, mit welchem die Abstandsnasen des Lagerkäfigs zusammenwirken. Durch das erfindungsgemäße Design des Lagerkäfigs wird gegenüber dem Stand der Technik zum einen die Führung des Lagerkäfigs selbst verbessert und zum anderen die Verformung bei höheren Drehzahlen reduziert.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Rollenlagers sollte die Radialspaltbreite S1 und/oder S2, welche gemeinsam den Gesamtströmungsquerschnitt des Schmiermitteldurchlasses bilden, kleiner als 15% der stirnseitigen Dicke D des Lagerkäfigs sein. Hierdurch lässt sich also eine extreme Drosselung des Schmiermittelflusses erzielen, wobei der Gesamtquerschnitt andererseits hinreichend ist, um eine zuverlässige Schmiermittelzufuhr zu gewährleisten. Vorzugsweise sollte die Radialspaltbreite S1 zwischen dem Lagerkäfig und dem Lagerinnenring gleich oder kleiner sein als die Radialspaltbreite S2 zwischen dem Lagerkäfig und dem Lageraußenring, um sowohl einen definierten Schmiermitteldurchlass zu bilden als auch die Führungseigenschaften des Lagerkäfigs im Zusammenwirken mit den benachbarten Bauteilen aufrechtzuerhalten.
  • Wie vorstehend angegeben, kann der Schmiermitteldurchlass an beiden Stirnseiten des Rollenlagers ausgebildet sein. Dabei sollte der Schmiermitteldurchlass an der einflussseitigen Stirnseite des Rollenlagers vorzugsweise kleiner als an der ausflussseitigen Stirnseite des Rollenlagers bemessen sein. Konkret wird vorgeschlagen, den Durchströmungsquerschnitt auf der ausflussseitigen Stirnseite zwischen 10- bis 100-fach größer als auf der einflussseitigen Stirnseite auszubilden. Hiermit wird sichergestellt, dass nicht zu viel Schmieröl im Rollenlager zur Verfügung steht, wodurch sich Planschverluste bilden könnten.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Lagerkäfigs ist dieser als wälzkörpergeführter Lagerkäfig ausgebildet. Hieraus resultiert, dass die Anlage der Abstandsnasen am Lagerlaufbahnbereich nicht permanent bestehen muss, sondern vorzugsweise unter Wahrung einer Spielpassung. Die vorzugsweise Abstützung an der Innenringlaufbahn führt zu einer hohen Führungsgenauigkeit, welche die erfindungsgemäß minimale Radialspaltbreite S1 zwischen Lagerkäfig und Lagerinnenring zulässt. Ist das Rollenlager als Kegelrollenlager ausgebildet, so sollte die Radialspaltbreite S1 vorzugsweise am kleinen Durchmesser des Kegelrollenlagers platziert sein. Daneben ist es auch denkbar, dass eine Abstützung gegenüber dem Randbordabschnitt des vorzugsweise Lagerinnenrings stattfindet.
  • Zur Vereinfachung der Montage wird vorgeschlagen, den Lagerkäfig nach Art eines geschlitzten oder geteilten Lagerkäfigs auszubilden, welcher vorzugsweise aus einem Kunststoff bestehend durch Spritzgießen hergestellt sein kann. Hierdurch lässt sich die erfindungsgemäß komplizierte Formgebung in fertigungstechnisch einfacher Weise realisieren.
  • Figurenliste
  • Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachfolgend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
    • 1 einen Teilquerschnitt durch ein Kegelrollenlager mit erfindungsgemäß ausgebildetem Schmiermitteldurchlass,
    • 2 eine perspektivische Querschnittsdarstellung des Kegelrollenlager nach 1 in einer ersten Schnittansicht,
    • 3 eine perspektivische Querschnittsdarstellung des Kegelrollenlager nach 1 in einer zweiten Schnittansicht,
    • 4 eine perspektivische Querschnittsdarstellung des Kegelrollenlager nach 1 in einer dritten Schnittansicht,
    • 5 eine perspektivische Querschnittsdarstellung des Kegelrollenlager nach 1 in einer vierten Schnittansicht.
  • Gemäß 1 besteht das Kegelrollenlager aus einem Lageraußenring 1 sowie einem Lagerinnenring 2, zwischen denen eine Mehrzahl kegliger Wälzkörper 3 angeordnet sind. Die Wälzkörper 3 sind durch einen aus einem Kunststoffmaterial bestehenden Lagerkäfig 4 geführt.
  • Der Lagerkäfig 4 weist eine erste Stirnseite 5a sowie eine zweite Stirnseite 5b auf und bildet hier an der ersten Stirnseite 5a im radialen Zusammenwirken mit einem sich vom Lagerinnenring 2 nach radial außen erstreckenden Randbordabschnitt 6a einen Schmiermitteldurchlass aus.
  • Der Schmiermitteldurchlass wird durch mehrere kranzförmig am Lagerkäfig 4 zwischen benachbarten Wälzkörpern 3 angeformte und sich nach radial innen erstreckende Abstandsnasen 7 (exemplarisch) realisiert. Diese Abstandsnasen 7 hintergreifen den sich nach radial außen erstreckenden Randbordabschnitt 6a des Lagerinnenrings 2 und kommen am Lagerlaufbahnbereich 8 des Lagerinnenrings 2 zur Auflage.
  • Hierdurch wird nach außen hin, also zwischen dem Lagerkäfig 4 und dem Randbordabschnitt 6a des Lagerinnenrings 2, eine definierte Radialspaltbreite S1 erzeugt, die einen Teil des Schmiermitteldurchlasses bildet.
  • Der andere Teil des Schmiermitteldurchlasses wird zwischen dem Lageraußenring 1 und dem Lagerkäfig 4 dadurch gebildet, dass die stirnseitige Dicke D des Lagerkäfigs 4 die Radialspaltbreite S2 zum Lageraußenring 1 hin erzeugt. Insgesamt ergibt sich in Summe der Radialspaltbreiten S1 und S2 der wirksame Querschnitt des Schmiermitteldurchlasses. Dabei ist die Radialspaltbreite S1 hier kleiner als die Radialspaltbreite S2 bemessen und beide Radialspaltbreiten S1 und S2 sind kleiner als 15% der stirnseitigen Dicke D des Lagerkäfigs 4 dimensioniert, so dass eine recht starke Drosselwirkung erzielt wird.
  • Die 2 verdeutlicht per Pfeildarstellung die Auflage einer exemplarischen Abstandsnase 7 am Lagerkäfig 4 an der Lagerlaufbahn 6 des Lagerinnenrings 2 zur äußeren Spalterzeugung.
  • Gemäß 3 ist der Schmiermitteldurchlass seitens der Stirnseite 5a neben der durch die Pfeildarstellung gekennzeichneten Radialspaltbreite S1 durch zusätzliche benachbarte Ausnehmungen 9 am Lagerkäfig 4 erweitert, wodurch sich der gewünschte Strömungsquerschnitt einstellen lässt. In diesem Falle kann die Radialspaltbreite S1 auch derart minimiert werden, dass sich hierüber praktisch die Auflage am Lagerinnenring 2 ergibt, so dass zusätzliche innen liegende Abstandsnasen auch entbehrlich sind.
  • Gemäß der in 4 dargestellten weiteren Abwandlung kann die Radialspaltbreite S1 auch seitens der anderen Stirnseite 5b erzeugt werden, welche insoweit dann die Einflussseite des Rollenlagers darstellt. Hierzu weist der Lagerkäfig 4 mehrere seitens des Randbordabschnitts 6b angeordnete Abstandsnasen 7 (exemplarisch) auf.
  • Gemäß 5 kann dasselbe auch im Zusammenwirken mit dem Randbordabschnitt 6b des Lagerinnenrings 2 erzielt werden, welcher im Zusammenwirken mit den hier über Ausnehmungen 10 erzeugten Abstandsnasen 7 die Radialspaltbreite S1 gemäß der Pfeildarstellung erzeugt.
  • Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele sowie Abwandlungen hiervon. Es sind vielmehr auch andere Varianten denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, den aus vorzugsweise Kunststoff bestehenden Lagerkäfig geteilt auszuführen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Lageraußenring
    2
    Lagerinnenring
    3
    Wälzkörper
    4
    Lagerkäfig
    5
    Stirnseite
    6
    Randbordabschnitt
    7
    Abstandsnase
    8
    Lagerlaufbahnbereich
    9
    Ausnehmung
    10
    Ausnehmung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2009204068 A [0004]

Claims (10)

  1. Rollenlager mit mehreren zwischen einem Lageraußenring (1) und einem Lagerinnenring (2) angeordneten und durch einen Lagerkäfig (4) geführten zylindrischen oder kegligen Wälzkörpern (3), wobei zumindest an einer Stirnseite (5a, 5b) des Lagerkäfigs (4) im radialen Zusammenwirken mit dem korrespondierenden Randbereich des Lagerinnenrings (2) und/oder des Lageraußenrings (1) ein begrenzter Schmiermitteldurchlass ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmiermitteldurchlass durch mehrere kranzförmig am Lagerkäfig (4) zwischen benachbarten Wälzkörpern (3) angeformte und sich nach Radialinnen erstreckende Abstandsnasen (7) gebildet ist, die einen sich in Radialrichtung erstreckenden Randbordabschnitt (6a, 6b) des Lagerinnenrings (2) beziehungsweise Lageraußenrings (1) hintergreifen und am Lagerlaufbahnbereich (8) zur Anlage kommen, um nach außen hin eine definierte Radialspaltbreite (S1) zwischen dem Lagerkäfig (4) und dem Lagerinnenring (2) beziehungsweise Lageraußenring (1) zu bilden.
  2. Rollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die stirnseitige Dicke (D) des Lagerkäfigs (4) derart bemessen ist, dass sich gegenüber dem Lageraußenring (1) beziehungsweise Lagerinnenring (2) eine weitere definierte Radialspaltbreite (S2) ergibt.
  3. Rollenlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Radialspaltbreite (S1) und/oder (S2) an einem ersten Randbordabschnitt (6a) oder einem in Axialrichtung gegenüberliegenden zweiten Randbordabschnitt (6b) ausgebildet ist.
  4. Rollenlager nach Anspruch 1 oder, 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Radialspaltbreite (S1) und/oder (S2) kleiner als 15% der stirnseitigen Dicke (D) des Lagerkäfigs (4) ist.
  5. Rollenlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Radialspaltbreite (S1) gleich oder kleiner als die die Radialspaltbreite (S2) ist.
  6. Rollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmiermitteldurchlass an der einflussseitigen Stirnseite (5a) kleiner ist als der Schmiermitteldurchlass an der ausflussseitigen Stirnseite (5b).
  7. Rollenlager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchströmungsquerschnitt auf der ausflussseitigen Stirnseite (5b) zwischen 10 bis 100-fach größer als auf der einflussseitigen Stirnseite (5a) ist.
  8. Rollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerkäfig (4) als ein wälzkörpergeführter Lagerkäfig ausgebildet ist.
  9. Rollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerkäfig (4) nach Art eines geschlitzten oder geteilten Lagerkäfigs ausgebildet ist.
  10. Rollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerkäfig (4) aus einem Kunststoff bestehend durch Spritzgießen hergestellt ist.
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