DE102022122653A1

DE102022122653A1 - Schmierdurchlassoptimiertes Kegelrollenlager

Info

Publication number: DE102022122653A1
Application number: DE102022122653.0A
Authority: DE
Inventors: Thomas Stahl; Tony Zeiss; Franz Voelkel
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2022-09-07
Filing date: 2022-09-07
Publication date: 2024-01-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kegelrollenlager (1) mit mehreren zwischen einem ortsfesten Lageraußenring (2) und einem drehbaren Lagerinnenring (3) angeordneten und durch einen Lagerkäfig (5) gehaltene kegligen Wälzkörpern (4), wobei an der durchmesserkleineren Stirnseite (6a) des Lagerkäfigs (5) im radialen Zusammenwirken mit dem korrespondierenden Randbereich des Lagerinnenrings (2) ein begrenzter Schmiermitteldurchlass ausgebildet ist, mit einer nach außen hin definierten Radialspaltbreite (S1) zwischen dem Lagerkäfig (5) und dem Lagerinnenring (2), wobei an der gegenüberliegenden Stirnseite (6b) eine aus einem Blechmaterial gefertigte Schleuderscheibe (8) zur Schmierstoffregulierung angeordnet ist, die lagerinnenringseitig über einen Befestigungsrandabschnitt 7 an einen außenradialen Aufnahmekantenabschnitt (9) des Lageraußenrings (2) befestigt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kegelrollenlager mit mehreren zwischen einem Lageraußenring und einem Lagerinnenring angeordneten und durch einen Lagerkäfig geführten kegligen Wälzkörpern, wobei dieses hinsichtlich Schmiermitteldurchlass optimiert 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.
Die DE 10 2016 113 220 A1 zeigt ein Kugellager mit einer Deckscheibe. Bekanntermaßen werden Deckscheiben als reibungsarme Abdichtung von Kugellagern eingesetzt. Dabei soll die Deckscheibe den Schmierstoff im Lager halten.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kegelrollenlager der gattungsgemäßen Art dahingehend weiter zu verbessern, dass ein, unter anderem, 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.
Das Kegelrollenlager weist mehrere, zwischen einem ortsfesten Lageraußenring und einem drehbaren Lagerinnenring angeordneten und durch einen Lagerkäfig gehaltene kegligen Wälzkörpern auf, wobei an der durchmesserkleineren Stirnseite des Lagerkäfigs im radialen Zusammenwirken mit dem korrespondierenden Randbereich des Lagerinnenrings ein begrenzter Schmiermitteldurchlass ausgebildet ist, mit einer nach außen hin definierten Radialspaltbreite zwischen dem Lagerkäfig und dem Lagerinnenring. An der gegenüberliegenden Stirnseite ist eine aus einem Blechmaterial bestehende Schleuderscheibe zur Schmierstoffregulierung angeordnet, die lagerinnenringseitig über einen Befestigungsrandabschnitt an einen außenradialen Aufnahmekantenabschnitt des Lagerrings befestigt ist.
Auf Grund der Randbedingungen ihres Einsatzgebietes und ihres Aufbaus werden Kegelrollenlager nicht abgedichtet. Um eine sinnvolle Abdichtung realisieren zu können, würden sowohl der Lageraußenring als auch der Lagerinnenring umkonstruiert werden müssen, um sowohl einen Dichtungssitz realisieren zu können als auch eine entsprechende Anlauffläche der Dichtlippe. Bei Kegelrollenlagern erfolgt die Schmierung durch das vorhandene Ölbad. Entgegen dieser Auslegung hat sich überraschenderweise gezeigt, dass der Einsatz einer Schleuderscheibe im Bereich des Ölkreisausgangs, das heißt an der Stirnseite, an der die Laufbahn einen größeren Durchmesser aufweist, den Schmierstofffluss positiv beeinflussen kann.
Dabei kann in der Kombination zwischen einem sogenannten einlassgeblockten Käfig, welcher den Schmiermitteldurchfluss begrenzt, und einer Schleuderscheibe, die Schmierbedingungen ideal eingestellt werden. Dies hat somit nicht nur den Effekt, dass die Schmierstoffbeaufschlagung von der Lagerumgebung an der Ausgangsseite minimiert wird, das heißt, dass in einem ersten Schritt wenig Schmierstoff an der kleinen Rollenstirnseite ins Lager gelangt, in einem zweiten Schritt jedoch zusätzlich der Schmierstoff durch die Fliehkraftwirkung der Schleuderscheibe aus dem Lager gesaugt wird. Dabei wird an der Schleuderscheibe anliegender Schmierstoff durch die Fliehkraft aus dem Lager geschleudert und durch das entstehende Vakuum fließt Schmierstoff aus dem Lagerinneren in Richtung Schleuderscheibe nach. Die Schmierstoffversorgung kann so ideal ausgebildet werden und das Lager läuft im idealen Schmierzustand.
Um eine ideale Förderwirkung der Schleuderscheibe zu realisieren, bildet die Schleuderscheibe in einer bevorzugten Ausführung des Kegelrollenlager lageraußenringseitig einen definierten Axialspalt zwischen der Schleuderscheibe und dem Lageraußenring aus. Mittels dieses Spalts wird die ideale Saugwirkung des Schmierstoffkreislaufes realisiert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform verfügt das Kegelrollenlager am Lagerinnenring über einen durchmesserkleinen Randbord und einem - axial gegenüberliegend hierzu angeordneten - durchmessergroßen Randbord, welche im Zusammenwirken die Wälzkörper umfassen. Diese Umfassung bildet somit einen bidirektionalen Axialanschlag für die hierin geführten Wälzkörper, also die Kegelrollen. Bei einem derartigen Kegelrollenlager ist die Austrittsseite des Schmiermittels vorzugsweise dem durchmessergrößeren Randbord zugeordnet, da der erfindungsgemäße Fördereffekt der Schleuderscheibe an dieser Stelle wegen der relativ größeren Bauteilabmessungen sowie bedingt durch die Zentrifugalkraft besonders wirksam ist.
Gemäß einer die Erfindung weiter verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass der lageraußenringseitig gebildete Axialspalt zwischen der Schleuderscheibe und dem Lageraußenring so zu dimensionieren, dass er gleich oder größer dimensioniert ist als die Radialspaltbreite zwischen dem Lagerkäfig und dem Lagerinnenring ist. Damit lässt sich ein besonders gleichmäßiger Schmierzustand einstellen.
Weiter bevorzugt ist, die Ringspaltbreite zwischen dem Lagerinnenring und dem Lagerkäfig kleiner als 15% der stirnseitige Dicke des Lagerkäfigs auszubilden. Hierdurch lässt sich also eine extreme Drosselung des Schmiermittelflusses erzielen, wobei der Gesamtquerschnitt andererseits hinreichend ist, um eine zuverlässige Schmiermittelzufuhr zu gewährleisten.
Wie vorstehend angegeben, wird die Schmiermittelregulierung an beiden Stirnseiten des Rollenlagers realisiert. An der einen Seite durch eine Schmierstoffflussverminderung mittels des Käfigs, an der anderen Seite durch die Saugwirkung mittels der Schleuderscheibe. 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 eine ausreichende Förderwirkung realisiert ist, und nicht zu viel Schmieröl im Rollenlager zur Verfügung steht, wodurch sich Planschverluste bilden könnten.
Gemäß einer die Erfindung weiter verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, die Schleuderscheibe als ein aus Stahlblech bestehendes Stanzbiegeteil zu fertigen. Dies gibt besonders geeigneten Spielraum zur weiteren und detaillierteren Anpassung des Schmierstoffflusses im Sinne der Einstellung der Förderwirkung.
In einer bevorzugten Ausführung des zuvor genannten Kegelrollenlagers ist der innenradiale Befestigungsrandabschnitt der Schleuderscheibe zumindest abschnittsweise entlang des Umfangs umgebördelt. Die Umbördelung dient hierbei einem idealen Sitz der Schleuderscheibe.
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.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Lagerkäfigs ist dieser als wälzkörpergeführter Lagerkäfig ausgebildet. Die vorzugsweise Abstützung an der Innenringlaufbahn führt zu einer hohen Führungsgenauigkeit, welche die erfindungsgemäß minimale Radialspaltbreite zwischen Lagerkäfig und Lagerinnenring zulässt.
Beschreibung anhand der Zeichnung
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der einzigen Figur näher dargestellt. Die Figur zeigt einen Teilquerschnitt durch ein Kegelrollenlager mit optimiertem Schmiermitteldurchlass.
Gemäß Figur besteht das Kegelrollenlager 1 aus einem Lageraußenring 2 sowie einem Lagerinnenring 3, zwischen denen eine Mehrzahl kegliger Wälzkörper 4 angeordnet sind. Die Wälzkörper 4 sind durch einen aus einem Kunststoffmaterial bestehenden Lagerkäfig 5 geführt.
Der Lagerkäfig 5 bildet auf einer Eintrittsseite 6a von zuzuführendem Schmiermittel einen ringspaltförmigen Schmiermitteldurchlass, mit einer nach außen hin definierten Radialspaltbreite S1 zwischen dem Lagerkäfig 5 und dem Lagerinnenring. Auf der gegenüberliegenden Stirnseite 6b ist eine aus einem Blechmaterial gefertigte Schleuderscheibe 8 zur Schmierstoffregulierung angeordnet ist, die lagerinnenringseitig über einen Befestigungsrandabschnitt 7 an einen außenradialen Aufnahmekantenabschnitt 9 des Lageraußenrings 2 befestigt ist.
Die Schleuderscheibe 8 des Kegelrollenlagers 1 bildet dabei lageraußenringseitig einen definierten Axialspalt A1 zwischen der Schleuderscheibe 8 und der Stirnfläche 10 des Lageraußenrings 2 aus.
Die Figur zeigt zudem, dass in einer bevorzugten Ausgestaltung des Kegelrollenlagers 1 ein durchmesserkleineren Randbord 11a und ein durchmessergrößerer Randbord 11b am Lagerinnenring 3 zum Umfassen der Wälzkörper 4 ausgebildet ist, wobei die Austrittsseite 6b des Schmiermittels dem durchmessergrößeren Randbord 11b zugeordnet ist.
Der dargestellte lageraußenringseitig gebildete Axialspalt A1 zwischen der Schleuderscheibe 8 und dem Lageraußenring 2 ist in 4 größer dimensioniert ist als die Radialspaltbreite S1 zwischen dem Lagerkäfig 5 und dem Lagerinnenring 3.
Um die Schmierstoffregulierung im Sinne eines einlaßgeblockten Käfigs 5 zu erzielen, muss die Radialspaltbreite S1 kleiner als 15% der stirnseitige Dicke D des Lagerkäfigs 5 ausgebildet sind. Die Stirnseite 6a des Käfigs 5 ist dabei idealerweise so geformt, dass Schmierstoff vom Eintritt in das Lager abgelenkt wird. Dazu kann die Stirnseite 6a abgeschrägt oder konvex ausgeführt sein.
Um die aus Blech, bevorzugt umformtechnisch, hergestellte Schleuderscheibe 8 ideal in einer Nut oder ringförmigen Aussparung 9 des Lagerinnenrings 3 befestigen zu können, ist der innenradiale Befestigungsrandabschnitt 7 der Schleuderscheibe 8 zumindest abschnittsweise entlang des Umfangs umgebördelt.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind.
Bezugszeichenliste

1: Kegelrollenlager
2: Lageraußenring
3: Lagerinnenring
4: Wälzkörper
5: Lagerkäfig
6a: durchmesserkleinere Stirnseite
6b: gegenüberliegenden/durchmessergrößere Stirnseite/Austrittsseite
7: Befestigungsrandabschnitt
8: Schleuderscheibe
9: Aufnahmekantenabschnitt
10: Stirnfläche
11a: durchmesserkleinerer Randbord
11b: durchmessergrößerer Randbord

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]
DE 102016113220 A1 [0005]

Claims

Kegelrollenlager (1) mit mehreren zwischen einem ortsfesten Lageraußenring (2) und einem drehbaren Lagerinnenring (3) angeordneten und durch einen Lagerkäfig (5) gehaltene kegligen Wälzkörpern (4), wobei an der durchmesserkleineren Stirnseite (6a) des Lagerkäfigs (5) im radialen Zusammenwirken mit dem korrespondierenden Randbereich des Lagerinnenrings (2) ein begrenzter Schmiermitteldurchlass ausgebildet ist, mit einer nach außen hin definierten Radialspaltbreite (S1) zwischen dem Lagerkäfig (5) und dem Lagerinnenring (2), dadurch gekennzeichnet, dass an der gegenüberliegenden Stirnseite (6b) eine aus einem Blechmaterial gefertigte Schleuderscheibe (8) zur Schmierstoffregulierung angeordnet ist, die lagerinnenringseitig über einen Befestigungsrandabschnitt (7) an einen außenradialen Aufnahmekantenabschnitt (9) des Lageraußenrings (2) befestigt ist.
Kegelrollenlager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleuderscheibe (8) lageraußenringseitig einen definierten Axialspalt (A1) zwischen der Schleuderscheibe (8) und der Stirnfläche (10) des Lageraußenrings (2) ausbildet.
Kegelrollenlager (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein durchmesserkleinerer Randbord (11a) und ein durchmessergrößerer Randbord (11b) am Lagerinnenring (3) zum Umfassen der Wälzkörper (4) ausgebildet ist, wobei die Austrittsseite (6b) des Schmiermittels dem durchmessergrößeren Randbord (11 b) zugeordnet ist.
Kegelrollenlager (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der lageraußenringseitig gebildete Axialspalt (A1) zwischen der Schleuderscheibe (8) und dem Lageraußenring (2) gleich oder größer dimensioniert ist als die Radialspaltbreite (S1) zwischen dem Lagerkäfig (5) und dem Lagerinnenring (3).
Kegelrollenlager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringspaltbreite (S1) zwischen dem Lagerinnenring (2) und dem Lagerkäfig (4) kleiner als 15% der stirnseitige Dicke (D) des Lagerkäfigs (4) ausgebildet sind.
Kegelrollenlager (1) nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchströmungsquerschnitt auf der ausflussseitigen Stirnseite (6b) zwischen 10 bis 100-fach größer als auf der einflussseitigen Stirnseite (6a) ist.
Kegelrollenlager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleuderscheibe (8) aus einem Stahlblech bestehend als Stanzbiegeteil gefertigt ist.
Kegelrollenlager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der innenradiale Befestigungsrandabschnitt (7) der Schleuderscheibe (8) zumindest abschnittsweise entlang des Umfangs umgebördelt ist.
Kegelrollenlager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerkäfig (5) aus einem Kunststoff bestehend nach Art eines geschlitzten oder geteilten Lagerkäfigs ausgebildet, durch Spritzgießen hergestellt ist.
Kegelrollenlager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerkäfig (5) als ein wälzkörpergeführter Lagerkäfig ausgebildet ist.