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Die Erfindung betrifft eine Wälzlageranordnung, umfassend ein Wälzlager mit einem Innenring, einem Außenring, Wälzkörpern und einem Käfig, wobei der Innenring eine Innenringlaufbahn aufweist und der Außenring eine Außenringlaufbahn aufweist, wobei die Wälzkörper zwischen Innenring und Außenring wälzend gelagert angeordnet sind, wobei das Wälzlager ferner eine Dichtung aufweist, die zwischen dem Innenring und dem Außenring sich in radialer Richtung erstreckend angeordnet ist.
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Das Abdichten von Wälzlagern mit Dichtungen oder Blenden ist bereits eine etablierte Methode, um das Eindringen von Fluiden, wie beispielsweise Öl, Wasser oder auch Schmutzpartikeln zu verhindern. Derartige Lagerungskonzepte werde häufig in Kombination mit einer Lebensdauerschmierung mit Fett verwendet. Fettgeschmierte Lager haben jedoch einen großen Nachteil aufgrund der schlechten Wärmeabfuhr, was bei sehr hohen Drehzahlen zu einem vorzeitigen Ausfall der Lagerung führen kann.
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Es ist somit die Aufgabe der Erfindung eine Wälzlageranordnung bereitzustellen, die die Nachteile aus dem Stand der Technik verringert oder vollständig vermeidet und eine Wälzlageranordnung mit einer verbesserten Schmierung bereitstellt.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Wälzlageranordnung umfassend ein Wälzlager mit einem Innenring, einem Außenring, Wälzkörpern und einem Käfig, wobei der Innenring eine Innenringlaufbahn aufweist und der Außenring eine Außenringlaufbahn aufweist, wobei die Wälzkörper zwischen Innenring und Außenring wälzend gelagert angeordnet sind, wobei das Wälzlager ferner eine Dichtung aufweist, die zwischen dem Innenring und dem Außenring sich in radialer Richtung erstreckend angeordnet ist, wobei die Dichtung an dem Innenring fixiert ist und ein freies Ende aufweist, wobei die Dichtung unter Zentrifugalkrafteinfluss elastisch verformbar ist.
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Die Dichtung kann somit in Abhängigkeit der Drehzahl des Innenrings ihren Querschnitt zentrifugalkraftbewirkt ändern und damit beispielsweise auch einen Schmierstofffluss über das Drehzahlband regulieren.
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Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Wälzlageranordnung für ein Getriebe mit einem ölgeschmierten Lagerungskonzept verwendet werden. Die Wälzlager können dabei bevorzugt mit dem gleichen Öl versorgt werden, wie alle anderen Bauteile im Getriebe, wie beispielsweise Zahnräder, Kupplungen etc..
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Durch die drehzahldynamische Dichtung kann beispielsweise die Ölmenge, die in das Wälzlager eintritt und/oder austritt drehzahlabhängig gesteuert werden, so dass eine Unterversorgung (Einbußen Lebensdauer) oder Überversorgung (Höhere Lagerverluste) des Wälzlagers mit Öl vermieden werden kann.
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Die Dichtung besteht bevorzugt aus einem elastischen Material und verformt sich in Abhängigkeit der Drehzahl elastisch. Die Dichtung wird durch die mit der Drehzahl steigenden Fliehkraft verformt und vergrößert dadurch ihren Durchmesser. Somit wird also eine drehzahldynamische Querschnittsänderung der Dichtung erzeugt und der Spalt zwischen Innenring und Außenring des Lagers variiert. Die Änderungsrate des Querschnitts kann über die Wahl des Materials (z.B. Elastomer) und/oder der Form der Blende (z.B. Materialdicke, Materialanhäufung am Außendurchmesser) eingestellt werden. Die Blende ist bevorzugt im Lager integriert, wodurch kein zusätzlicher Bauraum benötigt wird. Die Blende erzeugt besonders bevorzugt keinen Reibschluss mit dem Außenring, um Verschleiß und erhöhte Verluste zu vermeiden.
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Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Nennung im Anspruchssatz erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.
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Wälzlager können insbesondere dazu verwendet werden, Drehbewegungen mit möglichst geringen Reibungsverlusten zu ermöglichen. Wälzlager können insbesondere zur Fixierung und/oder Lagerung von Achsen und Wellen eingesetzt werden, wobei sie, je nach Bauform, radiale und/oder axiale Kräfte aufnehmen und gleichzeitig die Rotation der Welle oder der so auf einer Achse gelagerten Bauteile ermöglichen. Ein Wälzlager kann ein- oder mehrreihig ausgebildet sein.
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Hierzu sind zwischen einem Innenring und einem Außenring des Wälzlagers abrollende Wälzkörper angeordnet. Zwischen diesen drei Hauptkomponenten Innenring, Außenring und den Wälzkörpern tritt innerhalb des Wälzlagers in der Regel hauptsächlich Rollreibung auf. Da die Wälzkörper im Innen- und Außenring bevorzugt auf gehärteten Stahlflächen mit optimierter Schmierung abrollen können, ist die Rollreibung derartiger Lager relativ gering.
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Der Innenring kann insbesondere die vom Wälzlager aufzunehmende Welle mit dem Wälzlager bzw. den Wälzkörpern verbinden. Dabei kann insbesondere die Welle mit der der Welle zugewandten Seite der Mantelfläche des Innenrings verbunden sein, wobei auf der dieser Mantelfläche gegenüberliegenden Innenringlaufbahn die Wälzkörper des Wälzlagers wälzen. Der Innenring kann aus einem metallischen und/oder keramischen Werkstoff gebildet sein. Es ist grundsätzlich denkbar, den Innenring einteilig oder mehrteilig auszubilden.
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Der Innenring kann einen Innenringeinstich aufweisen. In einem Innenringeinstich kann insbesondere eine Deckscheibe, Dichtscheibe und/oder Dichtung insbesondere kraft- und/oder formschlüssig angeordnet sein. Bevorzugt ist der Innenringeinstich als eine umlaufende Nut in dem Innenring ausgebildet.
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Der Außenring kann insbesondere die das Wälzlager aufnehmende Lagerstelle mit dem Wälzlager bzw. den Wälzkörpern verbinden. Dabei kann insbesondere die Lagerstelle mit der der Lagerstelle zugewandten Seite der Mantelfläche des Außenrings verbunden sein, wobei der dieser Mantelfläche gegenüberliegenden Außenringlaufbahn die Wälzkörper des Wälzlagers wälzen. Der Außenring kann aus einem metallischen und/oder keramischen Werkstoff gebildet sein. Es ist grundsätzlich denkbar, den Außenring einteilig oder mehrteilig, insbesondere zweiteilig auszubilden.
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Die Wälzkörper haben abhängig von der Wälzlagerbauart die Form einer Kugel oder einer Rolle. Sie wälzen sich auf den Laufbahnen des Wälzlagers ab und haben die Aufgabe, die auf ein Radialwälzlager wirkende Kraft vom Außenring auf den Innenring und umgekehrt zu übertragen. Bei einem Axialwälzlager übertragen die Wälzkörper die auf das Axialwälzlager wirkenden Kräfte zwischen den Laufscheiben. Rollenförmige Wälzkörper werden auch als Rollenwälzkörper und kugelförmige Wälzkörper als Lagerkugel bezeichnet.
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Rollenförmige Wälzkörper können beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe der symmetrischen Pendelrollen, der asymmetrischen Pendelrollen, der Zylinderrollen, der Nadelrollen und/oder der Kegelrollen.
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Wälzkörper können in einem Käfig oder durch Wälzkörperdistanzstücke geführt und voneinander beabstandet sein. Es ist grundsätzlich auch denkbar, ein käfigloses Wälzlager auszubilden, welches auch als vollrolliges Wälzlager bezeichnet wird. Bei vollrolligen Wälzlagern können sich benachbarte Wälzkörper berühren.
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Ein Wälzlager kann einen Käfig aufweisen, wobei der Käfig die Wälzkörper führt. Der Käfig so ausgebildet, dass die Wälzkörperkugeln und/oder die Wälzkörperrollen voneinander beabstandet werden, damit beispielsweise die Reibung und Wärmeentwicklung der Wälzkörper möglichst geringgehalten wird. Ferner hält der Käfig die Wälzkörperkugeln und/oder Wälzkörperrollen in einem festen Abstand beim Abwälzen zueinander, wodurch eine gleichmäßige Lastverteilung erzielt werden kann. Der Käfig kann einstückig oder mehrstückig ausgeführt sein.
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Die Wälzkörper können innerhalb des Wälzlagers insbesondere auf der Innenringlaufbahn des Innenrings abwälzen. Hierzu kann vorteilhafter Weise die Ober-fläche der Innenringlaufbahn entsprechend abriebfest ausgebildet sein, beispielsweise auch durch ein entsprechendes Oberflächenbehandlungsverfahren und/oder durch Aufbringen einer entsprechenden zusätzlichen Materialschicht.
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Die Innenringlaufbahn kann eben oder profiliert ausgebildet sein. Eine profilierte Ausgestaltung der Innenringlaufbahn kann beispielsweise zur Führung der Wälzkörper auf der Innenringlaufbahn dienen. Eine ebene Ausformung der Innenringlaufbahn kann hingegen beispielsweise eine gewisse axiale Verschiebbarkeit der Wälzkörper auf der Innenringlaufbahn erlauben.
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Die Wälzkörper können innerhalb des Wälzlagers insbesondere auf der Außenringlaufbahn des Außenrings abwälzen. Hierzu kann vorteilhafter Weise die Ober-fläche der Außenringlaufbahn entsprechend abriebfest ausgebildet sein, beispielsweise auch durch ein entsprechendes Oberflächenbehandlungsverfahren und/oder durch Aufbringen einer entsprechenden zusätzlichen Materialschicht.
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Die Außenringlaufbahn kann eben oder profiliert ausgebildet sein. Eine profilierte Ausgestaltung der Außenringlaufbahn kann beispielsweise zur Führung der Wälzkörper auf der Außenringlaufbahn dienen. Eine ebene Ausformung der Außenringlaufbahn kann hingegen beispielsweise eine gewisse axiale Verschiebbarkeit der Wälzkörper auf der Außenringlaufbahn erlauben.
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Ein Wälzlager kann wenigstens eine Dichtung aufweisen, um ein Austreten von Schmiermittel aus dem Wälzlager oder ein Eintreten von Schmutz oder Feuchtigkeit in das Wälzlager zu verhindern oder zu reduzieren.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann es vorteilhaft sein, dass die Dichtung zumindest abschnittsweise, bevorzugt vollständig aus einem elastischen Material geformt ist.
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Es kann des Weiteren vorteilhaft sein, dass die Dichtung formschlüssig an dem Innenring fixiert ist.
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In einer Weiterentwicklung der Erfindung kann es ferner bevorzugt sein, dass die Dichtung an ihrem radial äußeren Umfang eine Materialverdickung aufweist.
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Weiterhin kann es von Vorteil sein, dass das Wälzlager im Betrieb von einem fließfähigen Schmierstoff durchströmt ist.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung kann es bevorzugt sein, dass die Wälzlageranordnung eine Mehrzahl von Wälzlagern umfasst, wobei wenigstens zwei der Wälzlager jeweils eine unter Zentrifugalkrafteinfluss radial nach Außen elastisch verformbare Dichtung aufweisen. Wenn somit also mehrere Wälzlager über den gleichen Ölfluss versorgt werden und eine bestimmte Ölverteilung zwischen den verschiedenen Lagern vorgesehen ist, kann es ab bestimmten Drehzahlen zu einer ungleichmäßigen Verteilung des Öl zwischen den Lagern kommen. Durch die Verwendung der zentrifugalkraftelastischen Dichtung kann der Durchfluss des Öls durch ein Lager mit steigender Drehzahl verringert werden, ohne das Lager komplett trockenlaufen zu lassen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden. Die Zeichnungen sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Es zeigen:
- 1 eine Wälzlageranordnung in einem ersten Betriebszustand in einer schematischen Axialschnittansicht,
- 2 eine Wälzlageranordnung in einem zweiten Betriebszustand in einer schematischen Axialschnittansicht,
- 3 eine Wälzlageranordnung mit zwei Wälzlagern in einer schematischen Axialschnittansicht,
- 4 ein Kraftfahrzeug mit einem elektrisch betreibbaren Antriebsstrang in einer schematischen Blockschaltdarstellung.
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Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Auch können die unterschiedlichen Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele innerhalb des technisch machbaren frei miteinander kombiniert werden.
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1 zeigt eine Wälzlageranordnung 1 umfassend ein Wälzlager 2 mit einem Innenring 3, einem Außenring 4, Wälzkörpern 5 und einem Käfig 6. Der Innenring 3 weist eine Innenringlaufbahn 7 und der Außenring 4 eine Außenringlaufbahn 8 auf.
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Die Wälzkörper 5 sind zwischen Innenring 3 und Außenring 4 wälzend gelagert angeordnet. Das Wälzlager 2 besitzt ferner eine Dichtung 9, die zwischen dem Innenring 3 und dem Außenring 4 sich in radialer Richtung erstreckend angeordnet ist. Die Dichtung 9 ist an dem Innenring 3 fixiert und weist ein freies Ende 10 auf, wobei die Dichtung 9 unter Zentrifugalkrafteinfluss elastisch verformbar ist. Die Dichtung ist vollständig aus einem elastischen Material geformt und formschlüssig an dem Innenring 3 fixiert. Die Dichtung 9 weist an ihrem radial äußeren Umfang eine Materialverdickung 11 auf, wodurch die Zentrifugalkraftwirkung verstärkt werden kann. Der Innenring 3 weist einen als umlaufende Nut ausgebildeten Innenringfreistich auf, in dem die Dichtung 9 formschlüssig gehalten ist.
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Das Wälzlager 2 ist im Betrieb von einem fließfähigen Schmierstoff 12 durchströmt, was durch die Pfeile in den 1 und 2 angedeutet ist.
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1 zeigt das Wälzlager 2 bei Stillstand. Wenn der Innenring 3 rotiert, wird die Dichtung 9 aufgrund der wirkenden Fliehkraft radial nach außen elastisch verformt. Durch diese Verformung wird der Spalt zwischen der Dichtung 9 und dem Außenring 4 in Abhängigkeit der Drehzahl verändert. Dieser Betriebszustand ist in der 2 gezeigt.
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3 zeigt eine Wälzlageranordnung 1 mit einer Mehrzahl von Wälzlagern 2, wobei zwei der Wälzlager 2 jeweils eine unter Zentrifugalkrafteinfluss radial nach Außen elastisch verformbare Dichtung 9 aufweisen. Hierdurch kann insbesondere auch der Zu- und/oder Abfluss von Schmierstoff durch die Wälzlageranordnung 1 drehzahlabhängig gesteuert werden.
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Eine derartige Wälzlageranordnung 1 aus der 3 kann insbesondere in einer Getriebeanordnung 15 eines Achsantriebsstrangs 16 verwendet werden, wie es exemplarisch in der 4 gezeigt ist. Die Getriebeabordnung 15 ist hierbei mit einer elektrischen Maschine 14 gekoppelt, welche das Kraftfahrzeug 13 antreibt.
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Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wälzlageranordnung
- 2
- Wälzlager
- 3
- Innenring
- 4
- Außenring
- 5
- Wälzkörpern
- 6
- Käfig
- 7
- Innenringlaufbahn
- 8
- Außenringlaufbahn
- 9
- Dichtung
- 10
- freies Ende
- 11
- Materialverdickung
- 12
- Schmierstoff
- 13
- Kraftfahrzeug
- 14
- elektrische Maschine
- 15
- Getriebeanordnung
- 16
- Achsantriebsstrang
