DE102020129548B3

DE102020129548B3 - Außenringbefestigte Rollenhülse

Info

Publication number: DE102020129548B3
Application number: DE102020129548.0A
Authority: DE
Inventors: Andreas Neudecker; Sebastian Warter; Eugen Hess; Alfred Hock; Viktor Pfarherr; Paul Wittmann; Markus Zapf
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2020-11-10
Filing date: 2020-11-10
Publication date: 2021-12-23
Anticipated expiration: 2040-11-11
Also published as: WO2022100776A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine außenringbefestigte Rollenhülse (1), umfassend einen in ein Gehäuse einsetzbaren Außenring (2) und einen in diesen Außenring (2) eingesetzten Rollenkranz (3), der durch einen aus zwei Seitenringen (5, 6) und mehreren die Seitenringe (5, 6) miteinander verbindenden Käfigstegen (7) bestehenden Lagerkäfig (4) sowie aus einer Vielzahl in zwischen den Käfigstegen (7) gebildeten Käfigtaschen (8) eingesetzter Rollenwälzkörper (9) gebildet wird, die von dem Lagerkäfig (4) in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen gehalten werden und auf einer durch die Innenmantelfläche des Außenrings (2) gebildeten Außenlaufbahn (10) abrollen, wobei die axiale Führung des Rollenkranzes (3) durch zwei an den Axialseiten des Außenrings (2) angeordnete und sich radial nach innen erstreckende Borde (11, 12) erfolgt.Die außenringbefestigte Rollenhülse zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass die Käfigstege (7) des Lagerkäfigs (4) über deren gesamte Länge eine den Außendurchmesser der Seitenringe (5, 6) überragende Außenoberfläche (13) aufweisen und in jede dieser Außenoberflächen (13) wenigstens zwei gebogen verlaufende Schmierölführungsnuten (14, 15) eingeformt sind, mit denen ein im Lagerbetrieb im Außenring (2) entstehender Schmierölfluss von einer tangentialen Richtung in eine axiale Richtung umleitbar und durch in beiden Borden (11, 12) des Außenrings (2) angeordnete Ausnehmungen (16, 17) aus der Rollenhülse (1) ableitbar ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine außenringbefestigte Rollenhülse nach den Merkmalen des Patentanspruchs 1, welche insbesondere vorteilhaft für Hochdrehzahlanwendungen in der E-Mobilität, beispielsweise zur Lagerung von Getriebewellen, anwendbar ist.
Hintergrund der Erfindung
In der Wälzlagertechnik ist es allgemein bekannt, dass Rollenhülsen diejenige Bauform von Radial-Rollenwälzlagern sind, welche die kleinste radiale Bauhöhe aufweisen und besonders raumsparende und montagefreundliche Lagerungen mit hoher radialer Tragfähigkeit ermöglichen. Die bekannteste und am häufigsten verwendete Bauform stellt dabei die beispielsweise aus der DE 195 13 668 A1 bekannte gehäuse- bzw. außenringbefestigte Rollenhülse dar, die aus einen in ein Gehäuse einsetzbaren Außenring und einen in diesen Außenring eingesetzten Rollenkranz besteht, der durch einen aus zwei Seitenringen und mehreren die Seitenringe miteinander verbindenden Käfigstegen bestehenden Lagerkäfig sowie aus einer Vielzahl in zwischen den Käfigstegen gebildeten Käfigtaschen eingesetzter Rollenwälzkörper gebildet wird, die von dem Lagerkäfig in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen gehalten werden und auf einer durch die Innenmantelfläche des Außenrings gebildeten Außenlaufbahn abrollen, wobei die axiale Führung des Rollenkranzes durch zwei an den Axialseiten des Außenrings angeordnete und sich radial nach innen erstreckende Borde erfolgt.
Eine im Wesentlichen identisch ausgebildete außenringbefestigte Rollenhülse wird auch in der DE 10 2017 120 761 A1 offenbart. Die in diesem Dokument beschriebene Rollenhülse weist jedoch das zusätzliche Merkmal auf, dass in den freien Rand eines der radialen Borde mehrere in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilte Schmieröffnungen eingearbeitet sind, mit denen die Zuführung eines Schmiermittels in die Rollenhülse verbessert werden soll.
In der Praxis hat es sich jedoch gezeigt, dass die bekannten Rollenhülsen für Hochdrehzahlanwendungen, wie beispielsweise in der E-Mobilität, nicht geeignet sind, da diese eine hohe Reibung verbunden mit einer hohen Wärmeentwicklung aufweisen, die eine Belastung für alle Lagerkomponenten darstellt. Als ursächlich für den größten Teil der Reibung wurden dabei sogenannte Planschverluste durch das in der Rollenhülse befindliche Schmieröl festgestellt, die dadurch entstehen, dass das Schmieröl bei hohen Drehzahlen des Rollenkranzes durch die wirkende Zentrifugalkraft nach außen beschleunigt wird und sich im Außenring ansammelt. Die sich im Außenring befindliche und nicht mehr abfließende Schmierölmenge wird dann zu einem bestimmten Zeitpunkt so hoch, dass sie den Rollenkranz in seiner Drehbewegung behindert und somit die besagte Reibung bzw. Wärmeentwicklung verursacht. Um die im Außenring angestaute Schmierölmenge zu reduzieren ist es zwar möglich, die Höhe der radialen Borde zu reduzieren, jedoch müssen diese Borde eine bestimmte Mindesthöhe aufweisen, um deren Funktion als Transportsicherung des Rollenkranzes im Außenring und als Axialführung des Lagerkäfigs noch gerecht zu werden.
Aufgabe der Erfindung
Ausgehend von den dargelegten Nachteilen der Lösungen des bekannten Standes der Technik liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe zu Grunde, eine außenringbefestigte Rollenhülse zu konzipieren, bei der die durch im Außenring angestautes Schmieröl verursachten Planschverluste und die dadurch entstehende erhöhte Wärmeentwicklung wirksam vermieden werden.
Beschreibung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer außenringbefestigten Rollenhülse nach Anspruch 1 derart gelöst, dass die Käfigstege des Lagerkäfigs über deren gesamte Länge eine den Außendurchmesser der Seitenringe überragende Außenoberfläche aufweisen und in jede dieser Außenoberflächen wenigstens zwei gebogen verlaufende Schmierölführungsnuten eingeformt sind, mit denen ein im Lagerbetrieb im Außenring entstehender Schmierölfluss von einer tangentialen Richtung in eine axiale Richtung umleitbar und durch in beiden Borden des Außenrings angeordnete Ausnehmungen aus der Rollenhülse ableitbar ist.
Bevorzugte Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäß ausgebildeten außenringbefestigten Rollenhülse werden in den Unteransprüchen 2 bis 6 beschrieben.
Danach ist es gemäß den Ansprüchen 2 und 3 bei der erfindungsgemäß ausgebildeten außenringbefestigten Rollenhülse vorgesehen, dass bei festgelegter Drehrichtung des Lagerkäfigs jeweils zwei axial nebeneinander angeordnete Schmierölführungsnuten in die Außenoberflächen aller Käfigstege eingeformt sind. Das bedeutet, dass es bei Rollenhülsen, die sich ausschließlich in eine Drehrichtung bewegende Wellen abstützen, ausreicht, jeweils zwei der gebogen verlaufenden Schmierölführungsnuten axial nebeneinander in den Außenoberflächen der Käfigstege anzuordnen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn dabei die Eingangsöffnungen der Schmierölführungsnuten in Drehrichtung jeweils in eine Käfigtasche münden, während die Ausgangsöffnungen der Schmierölführungsnuten jeweils in eine der beiden Seitenflächen der Käfigstege münden. Der gebogene Verlauf der Schmierölführungsnuten ermöglicht es somit, den bei Rotation des Rollenkranzes entstehenden tangentialen Schmierölfluss in eine axiale Richtung zu den Ausnehmungen in den Borden des Außenrings umzuleiten.
Als alternative Ausführungsform der erfindungsgemäß ausgebildeten außenringbefestigte Rollenhülse wird es durch die Ansprüche 4 und 5 darüber hinaus vorgeschlagen, dass bei unbestimmter Drehrichtung des Lagerkäfigs jeweils zwei axial nebeneinander angeordnete Paare sich spiegelverkehrt gegenüberliegender Schmierölführungsnuten in die Außenoberflächen aller Käfigstege eingeformt sind. Bei Rollenhülsen, die sich in beide Drehrichtungen bewegende Wellen abstützen, ist es also ähnlich wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform erforderlich, für die eine Drehrichtung jeweils zwei der gebogen verlaufenden Schmierölführungsnuten axial nebeneinander in den Außenoberflächen der Käfigstege anzuordnen, denen jedoch für die andere Drehrichtung zwei weitere gebogen verlaufende Schmierölführungsnuten spiegelverkehrt zugeordnet sind. Auch hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Eingangsöffnungen der Schmierölführungsnuten jeweils in zwei benachbarte Käfigtaschen münden, während die Ausgangsöffnungen der Schmierölführungsnuten jeweils in eine der beiden Seitenflächen der Käfigstege münden. Die gebogen verlaufenden Schmierölführungsnuten ermöglichen es somit auch hier, den bei Rotation des Rollenkranzes entstehenden tangentialen Schmierölfluss unabhängig von der Drehrichtung des Rollenkranzes in eine axiale Richtung zu den Ausnehmungen in den Borden des Außenrings umzuleiten.
Schließlich wird es als vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäß ausgebildeten außenringbefestigten Rollenhülse durch Anspruch 6 noch vorgeschlagen, dass die in den Borden des Außenrings angeordneten Ausnehmungen als auf einem gemeinsamen Teilkreis gleichmäßig umfangsverteilt angeordnete Bohrungen oder Langlöcher oder als in den freien Rand der Borde gleichmäßig umfangsverteilt eingearbeitete Freistellungen mit gleichen Abmessungen ausgebildet sind. Bei Anwendung von Bohrungen oder Langlöchern als Ausnehmungen hat es sich dabei als vorteilhaft erwiesen, dass deren Teilkreis einen größeren Durchmesser als der Außendurchmesser der Seitenringe des Lagerkäfigs aufweist, um den Abfluss des Schmieröls durch die Ausnehmungen nicht durch die Seitenringe des Lagerkäfigs zu behindern.
Die erfindungsgemäß ausgebildete außenringbefestigte Rollenhülse weist somit gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten außenringbefestigten Rollenhülsen den Vorteil auf, dass die Menge des sich bei hohen Drehzahlen im Außenring der Rollenhülse fliehkraftbedingt anstauenden Schmieröls durch in die Käfigstege eingeformte Schmierölführungsnuten und durch Ausnehmungen in den Borden des Außenrings gezielt reduziert werden kann. Durch eine solche auch kostengünstig herstellbare Ausbildung wird somit mehr Schmieröl, welches bereits durch Reibung erwärmt wurde, aus dem Außenring herausgepumpt, so dass kühleres Schmieröl von außerhalb der Rollenhülse nachfließen und deren Wärmeentwicklung reduziert werden kann. Das bedeutet, dass der Schmieröldurchfluss durch die Rollenhülse gesteigert und somit die Wärmeabfuhr aus der Rollenhülse erhöht wird.
Figurenliste
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäß ausgebildeten außenringbefestigten Rollenhülse wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

1 eine perspektivische Gesamtansicht einer erfindungsgemäß ausgebildeten außenringbefestigten Rollenhülse;
2 eine perspektivische Ansicht des Außenrings der erfindungsgemäß ausgebildeten außenringbefestigten Rollenhülse;
3 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform des Lagerkäfigs der erfindungsgemäß ausgebildeten außenringbefestigten Rollenhülse;
4 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform des Lagerkäfigs der erfindungsgemäß ausgebildeten außenringbefestigten Rollenhülse.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In 1 ist schematisch eine für Hochdrehzahlanwendungen geeignete, außenringbefestigte Rollenhülse 1 dargestellt, welche einen in ein nicht dargestelltes Gehäuse einsetzbaren Außenring 2 und einen in diesen Außenring 2 eingesetzten Rollenkranz 3 umfasst, der, wie in den 3 und 4 zu sehen ist, durch einen aus zwei Seitenringen 5, 6 und mehreren die Seitenringe 5, 6 miteinander verbindenden Käfigstegen 7 bestehenden Lagerkäfig 4 sowie aus einer Vielzahl in zwischen den Käfigstegen 7 gebildeten Käfigtaschen 8 eingesetzter Rollenwälzkörper 9 gebildet wird, die von dem Lagerkäfig 4 in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen gehalten werden und auf einer durch die Innenmantelfläche des Außenrings 2 gebildeten und in 2 sichtbaren Außenlaufbahn 10 abrollen. Die axiale Führung des Rollenkranzes 3 erfolgt dabei durch zwei an den Axialseiten des Außenrings 2 angeordnete Borde 11, 12, die sich radial nach innen erstrecken und spanlos an den Außenring 2 angeformt sind.
Aus den 3 und 4 geht des Weiteren hervor, dass die Käfigstege 7 des Lagerkäfigs 4 über deren gesamte Länge eine den Außendurchmesser der Seitenringe 5, 6 überragende Außenoberfläche 13 aufweisen und dass in jede dieser Außenoberflächen 13 wenigstens zwei gebogen verlaufende Schmierölführungsnuten 14, 15 eingeformt sind, mit denen ein im Lagerbetrieb im Außenring 2 entstehender Schmierölfluss von einer tangentialen Richtung in eine axiale Richtung umleitbar ist. Der umgeleitete Schmierölfluss wird dann durch mehrere in beiden Borden 11, 12 des Außenrings 2 angeordnete und in 2 dargestellte Ausnehmungen 16, 17 aus der Rollenhülse 1 abgeleitet, wobei die Ausnehmungen im konkreten Fall als auf einem gemeinsamen Teilkreis gleichmäßig umfangsverteilt angeordnete Bohrungen ausgebildet sind.
Durch die in 3 gezeigte erste Ausführungsform des Lagerkäfigs 5 der Rollenhülse 1 wird deutlich, dass bei festgelegter Drehrichtung des Lagerkäfigs 4 jeweils zwei axial nebeneinander angeordnete Schmierölführungsnuten 14, 15 in die Außenoberflächen 13 aller Käfigstege 7 eingeformt sind. Die Eingangsöffnungen 18, 19 der Schmierölführungsnuten 14, 15 münden dabei deutlich sichtbar in Drehrichtung jeweils in eine Käfigtasche 8, während die Ausgangsöffnungen 20, 21 der Schmierölführungsnuten 14, 15 jeweils in eine der beiden Seitenflächen 22, 23 der Käfigstege 7 münden. Durch den gebogenen Verlauf der Schmierölführungsnuten 14, 15 ist es somit möglich, den bei Rotation des Rollenkranzes 3 entstehenden tangentialen Schmierölfluss in eine axiale Richtung zu den Ausnehmungen 16, 17 in den Borden 11, 12 des Außenrings 2 umzuleiten.
In 4 ist darüber hinaus eine zweite Ausführungsform des Lagerkäfigs 5 der Rollenhülse 1 dargestellt, die für Rollenhülsen 1, die sich in beide Drehrichtungen bewegende Wellen abstützen, geeignet ist. Deutlich sichtbar sind bei dieser Ausführungsform des Lagerkäfigs 4 ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform für die eine Drehrichtung jeweils zwei der gebogen verlaufenden Schmierölführungsnuten 14, 15 axial nebeneinander in den Außenoberflächen 13 der Käfigstege 7 angeordnet, denen jedoch für die andere Drehrichtung zwei weitere gebogen verlaufende Schmierölführungsnuten 14' 15' spiegelverkehrt zugeordnet sind. Dabei münden die Eingangsöffnungen 18, 18'; 19, 19' der Schmierölführungsnuten 14, 14'; 15, 15' jeweils in zwei benachbarte Käfigtaschen 8, während die Ausgangsöffnungen 19, 19'; 20, 20' der Schmierölführungsnuten 14, 14'; 15, 15' jeweils in eine der beiden Seitenflächen 22, 23 der Käfigstege 7 münden. Die gebogen verlaufenden Schmierölführungsnuten 14, 14'; 15, 15' ermöglichen es dabei auch hier, den bei Rotation des Rollenkranzes 3 entstehenden tangentialen Schmierölfluss unabhängig von der Drehrichtung des Rollenkranzes 3 in eine axiale Richtung zu den Ausnehmungen 16, 17 in den Borden 11, 12 des Außenrings 2 umzuleiten.
Bezugszeichenliste

1: Rollenhülse
2: Außenring von 1
3: Rollenkranz von 1
4: Lagerkäfig von 3
5: Seitenring von 4
6: Seitenring von 4
7: Käfigstege von 4
8: Käfigtaschen in 4
9: Rollenwälzkörper von 3
10: Außenlaufbahn in 2
11: Bord an 2
12: Bord an 2
13: Außenoberfläche von 7
14: Schmierölführungsnut in 13
14': Schmierölführungsnut in 13
15: Schmierölführungsnut in 13
15': Schmierölführungsnut in 13
16: Ausnehmungen in 11
17: Ausnehmungen in 12
18: Eingangsöffnung von 14
18': Eingangsöffnung von 14'
19: Eingangsöffnung von 15
19': Eingangsöffnung von 15'
20: Ausgangsöffnung von 14
20': Ausgangsöffnung von 14'
21: Ausgangsöffnung von 15
21': Ausgangsöffnung von 15'
22: Seitenfläche von 7
23: Seitenfläche von 7

Claims

Außenringbefestigte Rollenhülse (1), umfassend einen in ein Gehäuse einsetzbaren Außenring (2) und einen in diesen Außenring (2) eingesetzten Rollenkranz (3), der durch einen aus zwei Seitenringen (5, 6) und mehreren die Seitenringe (5, 6) miteinander verbindenden Käfigstegen (7) bestehenden Lagerkäfig (4) sowie aus einer Vielzahl in zwischen den Käfigstegen (7) gebildeten Käfigtaschen (8) eingesetzter Rollenwälzkörper (9) gebildet wird, die von dem Lagerkäfig (4) in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen gehalten werden und auf einer durch die Innenmantelfläche des Außenrings (2) gebildeten Außenlaufbahn (10) abrollen, wobei die axiale Führung des Rollenkranzes (3) durch zwei an den Axialseiten des Außenrings (2) angeordnete und sich radial nach innen erstreckende Borde (11, 12) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Käfigstege (7) des Lagerkäfigs (4) über deren gesamte Länge eine den Außendurchmesser der Seitenringe (5, 6) überragende Außenoberfläche (13) aufweisen und in jede dieser Außenoberflächen (13) wenigstens zwei gebogen verlaufende Schmierölführungsnuten (14, 15) eingeformt sind, mit denen ein im Lagerbetrieb im Außenring (2) entstehender Schmierölfluss von einer tangentialen Richtung in eine axiale Richtung umleitbar und durch in beiden Borden (11, 12) des Außenrings (2) angeordnete Ausnehmungen (16, 17) aus der Rollenhülse (1) ableitbar ist.
Außenringbefestigte Rollenhülse (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei festgelegter Drehrichtung des Lagerkäfigs (4) jeweils zwei axial nebeneinander angeordnete Schmierölführungsnuten (14, 15) in die Außenoberflächen (13) aller Käfigstege (7) eingeformt sind.
Außenringbefestigte Rollenhülse (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsöffnungen (18, 19) der Schmierölführungsnuten (14, 15) in Drehrichtung jeweils in eine Käfigtasche (8) münden, während die Ausgangsöffnungen (20, 21) der Schmierölführungsnuten (14, 15) jeweils in eine der beiden Seitenflächen (22, 23) der Käfigstege (7) münden.
Außenringbefestigte Rollenhülse (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei unbestimmter Drehrichtung des Lagerkäfigs (4) jeweils zwei axial nebeneinander angeordnete Paare sich spiegelverkehrt gegenüberliegender Schmierölführungsnuten (14, 14'; 15, 15') in die Außenoberflächen (13) aller Käfigstege (7) eingeformt sind.
Außenringbefestigte Rollenhülse (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsöffnungen (18, 18'; 19, 19') der Schmierölführungsnuten (14, 14'; 15, 15') jeweils in zwei benachbarte Käfigtaschen (8) münden, während die Ausgangsöffnungen (19, 19'; 20, 20') der Schmierölführungsnuten (14, 14'; 15, 15') jeweils in eine der beiden Seitenflächen (22, 23) der Käfigstege (7) münden.
Außenringbefestigte Rollenhülse (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Borden (11, 12) des Außenrings (2) angeordneten Ausnehmungen (16) als auf einem gemeinsamen Teilkreis gleichmäßig umfangsverteilt angeordnete Bohrungen oder Langlöcher oder als in den freien Rand der Borde (11, 12) gleichmäßig umfangsverteilt eingearbeitete Freistellungen mit gleichen Abmessungen ausgebildet sind.