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Die Erfindung betrifft eine Lagereinrichtung, zum rotierbaren Lagern eines Wellenbauteils gegenüber einem anderen Bauteil. Aus der
DE 10 2011 108 413 A1 ist eine Wälzlagereinrichtung bekannt, welche Dichtringe aufweist, insbesondere um ein unplanmäßiges Austreten von Lagerschmierstoff aus einem Wälzlager zu vermeiden.
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Nachfolgend ist die Erfindung anhand einer Lagereinrichtung zum Lagern einer Abtriebswelle einer elektrischen Antriebsmaschine in einem Kraftfahrzeug, insbesondere einer Traktions E-Maschine, beschrieben, dies ist nicht als eine Einschränkung der Erfindung auf eine derartige Anwendung zu verstehen.
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In einem Kraftfahrzeug hat die Effizienz des Antriebsstrangs hohe Bedeutung, da die Energie zur Versorgung des Antriebsstrangs im Fahrzeug mitgeführt wird. Umso größer der Energiespeicher ist, umso mehr Platz nimmt dieser ein und umso höher sind die Kosten des Energiespeichers. Eine Effizienzsteigerung des Antriebsstrangs wirkt sich also sowohl unmittelbar aus, da der Energieverbrauch für den Antriebsstrang sinkt, als auch mittelbar, da ein Energiespeicher, mithin eine Hochvoltbatterie, kleiner und leichter ausgeführt werden kann und dies wirkt sich dann mittelbar positiv auf die Effizienz aus. Um nun die Effizienz künftiger elektrischer Antriebseinheiten zu erhöhen, sollen kühlungsbedürftige Bereiche, insbesondere in der elektrischen Antriebsmaschine, nur dann mit einem flüssigen Kühlschmiermittel gekühlt werden, wenn dies aufgrund der aktuellen thermischen Situation notwendig ist. Durch diese bedarfsorientierte Betriebsweise werden insbesondere Plantschverluste verringert. Eine Verwendung ölgeschmierter Wälzlager in solchen bedarfsorientiert geschmierten Bereichen würde dazu führen, dass zu einer häufigen Beölungsanforderung führen, um einen Trockenlauf der Lager zu verhindern, diese potentiell häufigere Beölung würde den Gesamtwirkungsgrad des Systems negativ beeinflussen. Alternativ könnte eine separate Schmierung der Wälzlager vorgesehen werden, dies hätte jedoch einen zusätzlichen Bauraum- und Steuerungsaufwand zur Folge.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine effiziente Wälzlagereinrichtung anzugeben. Die Aufgabe wird durch einen Gegenstand gemäß Anspruch 1 gelöst, zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Im Sinn der Erfindung ist unter einer Wälzlagereinrichtung eine Einrichtung zu verstehen, welche sowohl die drehbare Lagerung einer Welle gegenüber einem Gehäuse ermöglicht und zugleich eine fluiddichte Abdichtung der gelagerten Welle gegenüber dem Gehäuse ermöglicht. Weiter weist die Wälzlagereinrichtung wenigstens einen Innenring, einen Außenring und mehrere, zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnete, Wälzkörper. Weiter können dieser Innen- und dieser Außenring als Wälzlagerringe bezeichnet werden. Vorzugsweise ist die Wälzlagereinrichtung als Radialwälzlager ausgebildet. Vorzugsweise ist der Innenring wenigstens abschnittsweise oder vollständig, bezogen auf eine radiale Richtung, innerhalb des Außenrings angeordnet.
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Diese Wälzlagerringe sind konzentrisch zueinander und zu einer Wälzlagerachse angeordnet und weiter sind diese Wälzlagerringe drehbar gegeneinander gelagert. Weiter erstreckt sich die radiale Richtung orthogonal zu dieser Wälzlagerachse angeordnet. Weiter weist die Wälzlagereinrichtung einen ersten Dichtring und einem zweiten Dichtring auf, wobei diese beiden Dichtringe in Richtung der Wälzlagerachse axial beabstandet zueinander angeordnet sind. Geometrisch ist zwischen diesen Wälzlagerringen und diesen beiden Dichtringen ein Ringraum eingeschlossen, wobei in diesem Ringraum diese Wälzkörper angeordnet sind. Weiter ist der Ringraum in axialer Richtung jeweils durch diese Dichtringe abgeschlossen. Weiter vorzugsweise werden die Wälzkörper in diesem Ringraum mittels eines Lagerkäfigs geführt.
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Anders gewendet dichten die Dichtringe den Ringraum diesen gegenüber eine den Ringraum umgebenden Umwelt ab und ermöglichen damit, dass der Ringraum mit einem Lagerschmierstoff, vorzugsweise einem Fettschmierstoff befüllbar ist, beziehungsweise befüllt ist, ohne dass dieser Schmierstoff im planmäßigen Betrieb der Wälzlagereinrichtung austritt. Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht es, eine derartige Wälzlagereinrichtung ohne eine externe Schmierstoffversorgung zu betreiben.
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Weiter schlägt die Erfindung vor einen Radialwellendichtung vorzusehen, welcher außerhalb des Ringraums und zwischen den Wälzlagerringen und konzentrisch zu der Wälzlagerachse angeordnet ist. Bildlich ist diese Radialwellendichtung benachbart zu dem zweiten Dichtring angeordnet und dichtet funktional den Außenring gegenüber dem Innenring ab, so dass ein Durchtritt von Medium zwischen den Wälzlagerringen hindurch mittels der Radialwellendichtung verhindert ist. Weiter ist die Radialwellendichtung also in axialer Richtung (Richtung entlang der Wälzlagerachse) auf der Seite des zweiten Dichtrings und axial, wenigstens abschnittsweise, beabstandet zu diesem angeordnet. Ein gedachter Medienstrom von einer Seite der Wälzlagereinrichtung auf die andere müsste also demnach zunächst durch den ersten Dichtring treten, dann den Ringraum passieren, dann den zweiten Dichtring und als letztes die Radialwellendichtung. Ein solcher Medienstrom ist in einer verbauten Wälzlagereinrichtung durch die genannten Dichtungen verhindert und damit wird funktional erreicht, dass der Lagerschmierstoff durch die beiden Dichtringe im Ringraum gehalten wird und ein Ausspülen dieses Schmierstoffs im durch ein flüssiges Schmiermittel von der Seite der Radialwellendichtung verhindert ist. Weiter vorzugsweise bildet diese Ausgestaltung der Erfindung ebenso den Vorteil, dass die Wälzlagereinheit als separate Baugruppe bereitstellbar ist und zur Montage der Wälzlagereinrichtung in ein Gehäuse diese vollständige Baugruppe in das Gehäuse eingesetzt wird. Insbesondere durch eine solche als abgedichtete Baugruppe ausgebildete Wälzlagereinrichtung kann deren Funktion, insbesondere deren Dichtigkeit, unabhängig von deren Verbau, insbesondere unabhängig von deren Verbau in Zusammenhang mit einem Gehäuse und einer Welle, getestet werden. Weiter ist damit bei Einsatz der vorgeschlagenen Wälzlagereinrichtung eine hohe Effizienz, insbesondere aufgrund der Möglichkeit einer bedarfsgerechten Schmierung ohne Gefahr einer Mangelschmierung der Wälzlagereinrichtung, ermöglicht und weiter eine geringe Ausfallwahrscheinlichkeit aufgrund der funktionalen Abprüfbarkeit der Wälzlagereinrichtung unabhängig von deren Verbausituation.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Radialwellendichtung als berührende Dichtung ausgebildet. Vorzugsweise ist die Radialwellendichtung als berührende Dichtung mit wenigstens einer oder vorzugsweise mehreren Dichtlippen ausgebildet. Weiter vorzugsweise ist die Radialwellendichtung als sogenannter Radialwellendichtring ausgebildet. Insbesondere berührende Dichtungen weisen eine hohe Dichtigkeit gegenüber flüssigen Medien auf und sind aus vielen Anwendungen bekannt und damit zuverlässige Dichtungen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist Radialwellendichtung im Außenring der Wälzlagereinrichtung aufgenommen und vorzugsweis in diesem fixiert. Vorzugsweise ist die Radialwellendichtung unmittelbar im Außenring aufgenommen, vorzugsweise in diesen eingepresst oder weiter vorzugsweise mit diesem stoffschlüssig verbunden. Weiter vorzugsweise erstreckt sich die Radialwellendichtung ausgehend vom Außenring nach radial Innen und weist wenigstens eine Dichtlippe auf, welche den Innenring, vorzugsweise unmittelbar, kontaktiert. Insbesondere ein derartiger Aufbau der Wälzlagereinrichtung ermöglicht einen einfachen und damit zuverlässigen Aufbau dieser.
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Weiter vorzugsweise ist wenigstens einer der Dichtring, vorzugsweise sind beide Dichtringe als berührungslose Dichtung ausgebildet. Insbesondere eine berührungslose Dichtung ermöglicht eine hohe Effizienz.
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In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist in diesem Ringraum ein Lagerschmierstoff aufgenommen, welcher zur Schmierstoffversorgung dieser Wälzkörper gegenüber den Wälzlagerringen im planmäßigen Betrieb der Wälzlagereinrichtung vorgesehen ist. Weiter vorzugsweise ist der Lagerschmierstoff ein Fettschmierstoff. Insbesondere ein derartiger Schmierstoff ermöglicht eine Lebensdauerschmierung der Wälzlagereinrichtung.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Radialwellendichtung derart zwischen den Wälzlagerringen angeordnet, dass die Wälzlagerringe in einer Strömungsrichtung, welche in axialer Richtung vom zweiten Dichtring zum ersten Dichtring gerichtet ist, fluiddicht abgeschlossen ist, so dass diese gedachte Strömungsrichtung für ein Medium bei planmäßigem Einsatz der Wälzlagereinrichtung abgesperrt ist. Insbesondere mit einer derartig ausgebildeten Wälzlagereinrichtung kann ein Gehäuseraum, insbesondere ein Gehäuseinnenraum, mit flüssiger Schmierstoffversorgung, insbesondere im Bereich der Wälzlagereinrichtung, fluiddicht abgeschlossen sein und insbesondere ohne, dass dazu zusätzlich zu der Wälzlagereinrichtung eine weitere Dichtungseinrichtung vorzusehen ist.
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Weiter ist eine elektrische Antriebsmaschine vorgeschlagen, welche einen flüssigkeitsgekühlten Innenraum aufweist und welche eine Wälzlagereinrichtung aufweist, welche gemäß einer der zuvor erläuterten Ausführungsformen ausgeführt ist. Insbesondere ist unter einer elektrischen Antriebsmaschine ein Elektromotor beziehungsweise eine Elektromotor-Generator mit einer Abtriebswelle zu verstehen, wobei diese Abtriebswelle gegenüber einem Gehäuse, sogenanntes Antriebsmaschinengehäuse, dieser Antriebsmaschine drehbar gelagert ist. Weiter ist diese Wälzlagereinrichtung zur drehbaren Lagerung der Abtriebswelle gegenüber dem Antriebsmaschinengehäuse ausgebildet. Weiter ist dieser Innenraum vorzugsweise mit einer bedarfsgereichten Flüssigkeitsversorgung versehen und ist demnach als flüssigkeitsgekühlter Innenraum zu verstehen. Vorzugsweise ist diese Flüssigkeitsversorgung zur Kühlung der elektrischen Antriebsmaschine eingerichtet. Weiter vorzugsweise ist die Wälzlagereinrichtung derart in das Antriebsmaschinengehäuse eingesetzt, dass die Radialwellendichtung der Wälzlagereinrichtung dem flüssigkeitsgekühltem Innenraum des Antriebsmaschinengehäuses zugewandt ist, so dass die Radialwellendichtung diesen Innenraum im Bereich der Wälzlagereinrichtung fluiddicht abschließt.
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Nachfolgend sind einzelne Merkmale und Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figur näher erläutert, es zeigt:
- 1: Teilschnittdarstellung der Wälzlagereinrichtung.
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In 1 ist eine Teilschnittdarstellung der Wälzlagereinrichtung dargestellt. Die Wälzlagereinrichtung weist einen Außenring 1 und einen Innenring 2 auf, welche konzentrisch zur Wälzlagerachse angeordnet sind. Zwischen den Wälzlagerringen (1, 2) sind mehrere Wälzkörper angeordnet von welchen ein Wälzkörper 7 dargestellt sind. Die Wälzkörper sind im Ringraum 13 angeordnet. Der Ringraum 13 ist zwischen den Außenring 1, dem Innenring 2 sowie zwischen dem ersten Dichtring 6 und dem zweiten Dichtring 5 angeordnet. Die beiden Dichtringe 5, 6 sind als berührungslose Dichtungen ausgebildet und verhindern ein Austreten von im Ringraum 13 aufgenommenen Lagerschmierstoff.
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Der Außenring 1 ist im Antriebsmaschinengehäuse 12 aufgenommen, auf der Seite der als Radialwellendichtring ausgebildeten Radialwellendichtung 3 befindet sich der Innenraum des Antriebsmaschinengehäuses 12, welcher bedarfsorientiert mit Schmierstoff versorgbar ist. Mittels der Wälzlagereinrichtung ist eine Abtriebswelle (nicht dargestellt) um die Wälzlagerachse 9 drehbar im Antriebsmaschinengehäuse 12 gelagert. Die axiale Richtung 10 ergibt sich parallel zu dieser Wälzlagerachse 9 und die radiale Richtung 11 orthogonal zu dieser.
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Die Radialwellendichtung 3 ist unmittelbar im Außenring 1 aufgenommen und dichtet die Wälzlagerringe (1, 2) mit der Dichtlippe 4, mit welchem diese unmittelbar auf dem Innenring 2 läuft, ab. Die Wälzkörper zwischen den Wälzlagerringen 1, 2 werden durch den Wälzkörperkäfig 8 geführt. Mittels der Radialwellendichtung 3 wird ein Ausspülen von Schmierstoff aus dem Ringraum 13 von Seiten der Radialwellendichtung 3 verhindert.
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Anders gewendet kann der Hintergrund der Erfindung darin gesehen werden, dass im Fall elektrischer Antriebseinheiten eine Erhöhung von deren Effizienz bedeutsam ist. Ein möglicher Ansatz für eine solche Effizienzverbesserung ist, kühlungsbedürftige Bereiche einer elektrischen Antriebsmaschine nur dann mit Kühlschmiermittel, insbesondere mit Öl, zu kühlen, wenn dies aufgrund der aktuellen thermischen Situation notwendig ist, bedarfsorientierte Kühlung. Eine Verwendung ölgeschmierter Wälzlager zur Lagerung der Abtriebswelle der elektrischen Abtriebswelle würde in diesen Bereichen zu einer unnötig häufigen Beölungsanforderung führen, da Wälzlager in der Regel im planmäßigen Betrieb dauerhaft mit Schmierstoff zu versorgen sind, insbesondere um einen Trockenlauf der Wälzlager zu verhindern. Eine dauerhafte Versorgung der elektrischen Antriebsmaschine mit Schmierstoff kann sich aber negativ auf den Gesamtwirkungsgrad des Systems auswirken. Weiter ist Aufgrund der Rahmenbedingungen (insbesondere zeitweise Beölung des Wälzlagerbereichs, Differenzdrücke, etc.) eine verlässliche Dichtung vorzusehen, insbesondere soweit die Wälzlager oder wenigstens eines der zur Lagerung der Abtriebswelle vorgesehenen Wälzlager als fettgeschmiertes Wälzlager ausgebildet ist, so dass ein Eindringen von flüssigem Schmierstoff in dieses Wälzlager zu verhindern ist.
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Allgemein sind aus Wälzlagerkatalogen gedichtete Wälzlager mit berührenden Dichtungen bekannt, eine effektive Dichtwirkung ist insbesondere über einen sogenannten Radialwellendichtring erreichbar. Ein separater Verbau eines Wälzlagers und eines Radialwellendichtringes bedarf im Antriebsmaschinengehäuses eines gewissen Bauraums, da aufgrund fehlender Zugänglichkeit nach Montage der Abtriebswelle eine Prüfung der Dichtwirkung des Radialwellendichtrings schwierig oder nicht möglich ist.
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Eine Idee der Erfindung ist es daher, ein Wälzlager, insbesondere ein gedichtetes Wälzlager, mit einer Radialwellendichtung zu einer Wälzlagereinrichtung zu kombinieren und so zu einer einheitlichen Baugruppe zusammen zu fassen. Bei der separaten Verwendung eines Wälzlagers und eines Radialwellendichtrings, wird dieser Radialwellendichtring in einem Montageschritt auf die Abtriebswelle aufgeschoben, dabei kann es zu einer Beschädigung des Radialwellendichtrings kommen, die Folge kann eine Undichtigkeit sein. Die vorgeschlagene Baugruppe (Wälzlagereinrichtung) bietet insbesondere den Vorteil, dass die Dichtwirkung der in dieser Baugruppe aufgenommenen Radialwellendichtung bereits vor dem Verbau dieser ermöglicht ist und der Verbau der zwischen den Wälzlagerringen aufgenommenen Radialwellendichtung robust möglich ist.
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Gegenüber einem herkömmlichen Wälzlager ist der Verbau einer Radialwellendichtung zwischen den Wälzlagerringen insbesondere mittels einer Verlängerung des Innen- sowie des Außenrings eines herkömmlichen Wälzlagers ermöglicht. Insbesondere bei einer solchen Ausgestaltung ergeben sich die nötigen Anlageflächen, um insbesondere einen Radialwellendichtring neben den Laufbahnen für die Wälzkörper zwischen Innenring und Außenring einzubringen, einfach in den Wälzlagerringen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Außenring
- 2
- Innenring
- 3
- Radialwellendichtung
- 4
- Dichtlippe von 3
- 5
- zweiter Dichtring
- 6
- erster Dichtring
- 7
- Wälzkörper
- 8
- Wälzkörperkäfig
- 9
- Wälzlagerachse
- 10
- axiale Richtung
- 11
- radiale Richtung
- 12
- Antriebsmaschinengehäuse
- 13
- Ringraum
- 14
- flüssigkeitsgekühlter Innenraum
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011108413 A1 [0001]
