DE202008001286U1

DE202008001286U1 - Wälzlagerschmiervorrichtung

Info

Publication number: DE202008001286U1
Application number: DE202008001286U
Authority: DE
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-01-30
Filing date: 2008-01-30
Publication date: 2008-03-27
Anticipated expiration: 2018-01-31

Abstract

Wälzlagerschmiervorrichtung für ein Wälzlager
– mit einem Schmiermittelvorrat (21) und mit einer Schmiermittelfördereinrichtung,
dadurch gekennzeichnet, dass
– die Schmiermittelfördereinrichtung ein Schmiermittelförderelement (30) aufweist, das mit der Lagerdrehung so gekoppelt ist, dass es periodisch in Kontakt mit dem Schmiermittelvorrat (21) gelangt und
– dass das Schmiermittelförderelement (30) Schmiermittel (22) direkt in den axialen Stirnbereich (31) des Wälzlagers (3) fördert.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Hochleistungswälzlager und betrifft eine für diese konzipierte Wälzlagerschmiervorrichtung mit einem Schmiermittelvorrat und mit einer Schmiermittelfördereinrichtung.
Um die Leistungsfähigkeit von Wälzlagern immer weiter zu steigern, sind nicht nur hinsichtlich der Lagerwerkstoffe Optimierungen erforderlich, sondern auch eine im Betrieb höchst zuverlässige und wirksame Schmierung der Lager notwendig. Dabei sind in häufigen Anwendungsfällen – beispielsweise in der Luftfahrt oder bei Windkraftanlagen – ganz besondere Betriebsbedingungen, beispielsweise hohe kurzzeitige Erwärmungen oder sehr stark schwankende Belastungen, zu berücksichtigen und führen dazu, dass übliche Einmalschmierungen durch Einspritzen von Schmiermitteln (beispielsweise Fetten oder Ölen) in bestimmten Wartungsintervallen nicht ausreichen.
Vor diesem Hintergrund widmet sich die DE 696 07 718 T2 einer dynamischen Schmierung, bei der als Schmiermittel Öl verwendet wird, das in einem Speisekreis kontinuierlich zirkuliert. Unter Ausnutzung der Energie, die durch die Wälzkörperrotation erzeugt wird, ist hier durch spezielle Formgebung der Lagerringe erreicht, dass das Schmiermittel durch Einlassöffnungen in dem inneren Lagerring eintritt und durch Drainageöffnungen des äußeren Lagerrings aus dem Lagerbereich entfernt wird. Diese Gestaltung ist jedoch vergleichsweise aufwändig.
Aus dem deutschen Gebrauchsmuster 1 920 871 geht eine Anordnung zur Schmierung von Wälzlagern hervor, die eine Überversorgung mit Schmiermittel zuverlässig verhindert. Dabei ist an einem rotierenden Lagerteil neben dem Wälzlager eine Kammer angeordnet, die von dem stehenden Lagerteil her mit Schmiermittel gefüllt wird, wobei in einer Begrenzungswand der Kammer zum Wälzlager hin Öffnungen vorgesehen sind für den Durchtritt des Schmiermittels. Auf diese Weise wird drehzahlabhängig bedarfsweise Schmiermittel in das Lager gefördert. Auch diese Ausgestaltung ist vergleichsweise aufwendig und erfordert erheblichen zusätzlichen axialen Bauraum und eine kontinuierliche Überprüfung des Schmiermittelvorrates in der Kammer.
Die DE 195 33 287 A1 beschreibt ein passives Lagerschmiersystem für ein Getriebe mit einer Wälzlagerschmiervorrichtung der eingangs genannten Art, bei der unbelastete Bereiche der jeweiligen Lagerung Öffnungen oder Zwischenräume für einen radialen Schmiermittelzutritt aufweisen. Von einer rotierenden so gelagerten Welle oder von auf dieser angeordneten Zahnrädern wird Schmiermittel aufgrund der bei Rotation der Welle wirkenden Zentrifugalkräfte u. a. in den Fangbereich einer ortsfesten, lagernah an der inneren Getriebegehäusewand in Form eines Vorsprungs ausgebildeten Schaufel geschleudert. Von dieser Schaufel wird das Schmiermittel in radialer Richtung in den Lagerzwischenraum geführt.
Bei dieser Vorrichtung hängen Kontinuität und Ausmaß der Schmiermittelzuführung von teilweise nicht kontrollierbaren Beschleunigungskräften und dem richtungszufälligen, durch die Zentrifugalwirkung bewirkten Abschleudern des Schmiermittels in den Fangbereich der Schaufeln ab. Zudem ist nicht bei jeder Einbaulage gewährleistet, dass die Schaufeln das Schmiermittel zuverlässig in die Zwischenräume oder Ausnehmungen der Lagerungen zuführen können.
Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, mit besonders einfachen Mitteln eine kontinuierliche und drehzahlabhängige Schmiermittelversorgung eines Wälzlagers – insbesondere auch in dessen Stirnbereich – sicherzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Wälzlagerschmiervorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Demgemäß ist die eingangs genannte Wälzlagerschmiervorrichtung mit einem mitdrehenden Schmiermittelförderelement versehen, das mit der Lagerdrehung, also mit der Drehung eines Lagerteils oder mit der Drehung einer Umgebungskonstruktion so gekoppelt ist, dass es periodisch in Kontakt mit dem Schmiermittelvorrat gelangt. Das Schmiermittelförderelement fördert so kontinuierlich Schmiermittel direkt und unmittelbar zu dem Wälzlager, und zwar bevorzugt in den axialen Stirnbereich des Wälzlagers.
Damit ist in Abkehr vieler üblicher Schmiervorrichtungen, bei denen eine grundsätzlich radiale Zuführung des Schmiermittels vorgesehen ist und das Schmiermittel axial – beispielsweise über Dichtungen oder Labyrinthringe – aus dem Lagerbereich entweicht, vorteilhafterweise eine äußerst einfache und Platz sparende und auch nachträglich vorsehbare, das heißt nachrüstbare Schmiereinrichtung geschaffen.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass mit einfachen Mitteln eine kontinuierliche und von der Einbaulage weitestgehend unabhängige Schmiermittelversorgung realisiert ist. Zudem ist die Schmiermittelzufuhr mit einfachen Mitteln drehzahlbelastungsabhängig gestaltet. Damit versehene Wälzlager ermöglichen einen stabilen und störungsfreien Langzeitbetrieb, was beispielsweise bei wartungsaufwendigen Lagerungen wie zum Beispiel in Hauptlagergehäusen von Windkraftanlagen von besonderem Vorteil ist.
Nach einer fertigungstechnisch bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Schmiermittelförderelement ein sich im Wesentlichen axial erstreckender Kragträger.
Die erfindungsgemäße Wälzlagerschmiervorrichtung zeichnet sich bereits von ihrem grundsätzlichen Aufbau durch relativ geringe Massen aus. Gerade bei relativ großen Lagerdurchmessern wirkt es sich vorteilhaft aus, wenn das Schmiermittelförderelement vergleichsweise geringes Gewicht aufweist. Bevorzugt kann dazu das Schmiermittelförderelement aus Kunststoff gefertigt sein, vorzugsweise aus Hartplastik ausgebildet sein.
Das Schmiermittelförderelement ist besonders bevorzugt als separates Teil ausgestaltet, das mit einem mitdrehenden Teil beispielsweise durch Schrauben oder Nieten verbindbar ist. Dadurch kann es besonders leicht auch in bestehenden Lagerungen oder Anlagen nachgerüstet werden. Dabei kommt der erfindungsgemäßen Vorrichtung zugute, dass sie nur einen sehr geringen axialen Bauraum erfordert.
Um eine besonders effektive Zufuhr des Schmiermittels zu dem Wälzlager zu unterstützen, ist nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass das Schmiermittelförderelement auf der in Bewegungsrichtung voreilenden und damit das Schmiermittel mitnehmenden Oberfläche Mitnahmestrukturen – beispielsweise in Form von auf das Wälzlager zulau fenden, sich im Wesentlichen axial erstreckenden Rillen oder Rinnen – aufweist.
Die Förderwirkung des Schmiermittelförderelementes wird nach einer vorteilhaften Fortbildung der Erfindung weiter oder ergänzend dadurch gesteigert, dass das Schmiermittelförderelement mit seinem zum Wälzlager weisenden Ende gegenüber der Längsachse des Lagers in Drehrichtung gesehen voreilend geneigt ist.
Um aus dem Schmiermittelvorrat beispielsweise durch Reibung der Maschinenelemente entstandene Metallpartikel zu entfernen, ist nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Schmiermittelförderelement auf der in Bewegungsrichtung nacheilenden Seite eine magnetische Schicht aufweist.
Hinsichtlich des erforderlichen Bauraumes und der Montage – insbesondere auch der nachträglichen Ausrüstung – ist es vorteilhaft, wenn das Schmiermittelförderelement an einem Labyrinthring angeordnet ist bzw. ein bereits vorhandener Labyrinthring mit wenigstens einem Schmiermittelförderelement ausgestattet wird.
Vom axialen Bauraumbedarf ist es dabei bevorzugt, wenn der Labyrinthring eine axiale Ausnehmung aufweist, in der das Schmiermittelförderelement angeordnet ist. Konstruktiv und herstellungstechnisch bevorzugt beträgt dabei die axiale Erstreckung des Schmiermittelförderelementes etwa ein Drittel bis zwei Drittel der axialen Erstreckung der axialen Ausnehmung.
Weitere Vorzüge und Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch oder ergänzend aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung.
In der Zeichnung zeigen:
1 im Längsschnitt eine Lagerung mit einer erfindungsgemäßen Wälzlagerschmiervorrichtung,
2 in vergrößerter Darstellung den oberen Bereich der Lagerung nach 1,
3 die Anordnung eines Schmiermittelförderelementes auf einem Labyrinthring und
4 ein Schmiermittelförderelement.
1 zeigt eine Lagerung eines Abschnitts einer Hohlwelle 1 in einem Pendelrollenlager (nachfolgend allgemein als Wälzlager 3 bezeichnet) mit einer erfindungsgemäßen Wälzlagerschmiervorrichtung 30.
Wie insbesondere auch die vergrößerte Darstellung in 2 zeigt, ist der äußere Lagerring 6 des Wälzlagers 3 in einem Lagergehäuse 7 mit einem Lagerdeckel 8 fixiert. Der über Schrauben 9 mit dem Gehäuse 7 verbundene Lagerdeckel 8 weist eine zentrale Öffnung 10 auf, durch die in an sich bekannter Weise die Welle 1 hindurch tritt. Um die Drehung der Welle gegenüber dem feststehenden Lagergehäuse ohne wesentlichen Schmiermittelaustritt zu ermöglichen, ist ein Labyrinthring 12 vorgesehen, in den lageraußenseitig eine Dichtung 14 eingesetzt ist.
Der Lagerinnenring 16 ist in an sich bekannter Weise auf dem Mantel der Welle 1 festgelegt. Die in den 1 und 2 auf der rechten Seite vorgesehene Durchführung der Welle ist in entsprechender Weise mit einem weiteren Labyrinthring 18 und einer lageraußenseitigen Dichtung 19 realisiert.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sei angenommen, dass sich im unteren Bereich 20 der Lagerung (1) ein Schmiermittelvorrat oder Schmiermittelsumpf 21 beispielsweise in Form von Schmierfett befindet. Von diesem Schmiermittelvorrat 21 soll Schmiermittel 22 möglichst gleichmäßig im axialen Bereich, d.h. also im Bereich der Stirnseite des Wälzlagers, verteilt und kontinuierlich zugeführt werden.
Dazu ist der Labyrinthring 12 mit einer lagerseitigen Ausnehmung 28 versehen. Diese Ausnehmung hat eine axiale Erstreckung a. In dieser Ausnehmung findet zumindest ein Schmiermittelförderelement 30 Platz. Das Schmiermittelförderelement 30 weist dabei eine axiale Erstreckung b auf, die bevorzugt ca. ein Drittel bis ca. zwei Drittel des Maßes a der axialen Erstreckung der Ausnehmung 28 beträgt.
Bei Rotation des Lagerinnenrings 16 bzw. des Labyrinthrings 12 erfolgt durch diese Rotation gekoppelt auch eine Drehung des Schmiermittelförderelementes 30. Das Schmiermittelförderelement 30 gelangt damit periodisch in den Bereich des Schmiermittelsumpfes 21 und nimmt dabei regelmäßig eine bestimmte Menge Schmiermittels 22 mit und fördert bzw. verteilt dieses in den bzw. in dem Bereich der Stirnfläche 31 des Wälzlagers.
Damit wird also das Schmiermittel vorteilhafterweise ohne aufwändige zusätzliche Einrichtungen oder Bauelemente während des Betriebs des Lagers bzw. während der Wälzbewegung zwischen die Wälzkörper gefördert und sorgt dabei auch für einen Austausch gegen dort bereits befindliches Schmiermittel.
3 zeigt das sich als axial erstreckender Kragträger 35 ausgestaltete und auf dem isoliert und nur schematisch dargestellten Labyrinthring 12 angeordnete Schmiermittelförderelement 30. Selbstverständlich könnten auch mehrere Förderelemente auf dem Labyrinthring bzw. einem anderen geeigneten mitdrehenden Lagerteil oder Teil in der Nähe des Wälzlagers angeordnet sein. Das oder die Schmiermittelförderelement(e) kann (können) auch andere geometrische Form haben, solange diese geeignet ist, bevorzugt in funktionaler Einheit die beschriebene Förder- und Verteilungsfunktion aus zuüben. Das Schmiermittelförderelement kann beispielsweise auch keilförmig gestaltet und die Keilspitze nacheilend orientiert sein, so dass das Schmiermittel von der voreilenden und frontseitigen Keilendfläche mitgenommen wird.
4 zeigt das als separates Bauteil ausgestaltete und mit einem Montagefuß 41 mit mehreren Montagebohrungen 42 versehene Schmiermittelförderelement 30. Durch die Bohrungen 42 können zur nachträglichen Montage Schrauben oder Nieten dringen, die dann mit einem geeigneten mitdrehenden Teil – wie beispielsweise dem Labyrinthring 12 (3) – verbunden sind. Das Schmiermittelförderelement ist bevorzugt aus Kunststoff zu fertigen, insbesondere aus Hartplastik.
Die in Drehrichtung A gesehen voreilende Oberfläche 45 des Schmiermittelförderelementes 30 weist nur andeutungsweise gezeigte Rillen oder Rinnen 46 auf, die so gestaltet sind und sich derart erstrecken, dass sie den Schmiermittelfluss in Richtung auf das freie Ende 47 und damit in Richtung auf das Wälzlager zusätzlich fördern und unterstützen. Dies ist insbesondere bei relativ dünnflüssigen Schmiermitteln bevorzugt. Die in Drehrichtung A gesehen nacheilende, also rückwärtige Fläche oder Oberseite 48 des Schmiermittelförderelementes 30 kann mit einer Magnetschicht 50 versehen sein, die bevorzugt im Schmiermittel befindliche metallische Abriebspartikel anzieht, bindet und damit aus dem Schmiermittelvorrat entfernt. Um die Förderwirkung noch weiter zu unterstützen ist bevorzugt die kragträgerartig ausgestaltete Platte 52 des Schmiermittelförderelementes 30 gegenüber der Fußebene 53 leicht nach hinten geneigt, so dass der Winkel α mehr als 90° Grad beträgt.

1: Hohlwelle
3: Pendelrollenlager
6: Lageraußenring
7: Lagergehäuse
8: Lagerdeckel
9: Schrauben
10: Öffnung
12: Labyrinthring
14: Dichtung
16: Lagerinnenring
18: Labyrinthring
19: Dichtung
20: unterer Bereich der Lagerung
21: Schmiermittelvorrat
22: Schmiermittel
28: Ausnehmung
30: Schmiermittelförderelement
31: Stirnfläche
35: Kragträger
41: Montagefuß
42: Montagebohrungen
45: Oberfläche
46: Rinnen
47: Ende
48: Oberseite
50: Magnetschicht
52: Platte
53: Fußebene
a: axiale Erstreckung
b: axiale Erstreckung
A: Drehrichtung

Claims

Wälzlagerschmiervorrichtung für ein Wälzlager – mit einem Schmiermittelvorrat (21) und mit einer Schmiermittelfördereinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass – die Schmiermittelfördereinrichtung ein Schmiermittelförderelement (30) aufweist, das mit der Lagerdrehung so gekoppelt ist, dass es periodisch in Kontakt mit dem Schmiermittelvorrat (21) gelangt und – dass das Schmiermittelförderelement (30) Schmiermittel (22) direkt in den axialen Stirnbereich (31) des Wälzlagers (3) fördert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – das Schmiermittelförderelement (30) ein sich im Wesentlichen axial erstreckender Kragträger (35) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – das Schmiermittelförderelement (30) aus Kunststoff gefertigt ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass – das Schmiermittelförderelement (30) als separates Teil ausgestaltet ist, das mit einem mitdrehenden Teil (12) nachträglich verbindbar ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – das Schmiermittelförderelement (30) auf der in Bewegungsrichtung (A) voreilenden Oberfläche (45) Mitnahmestrukturen (46) aufweist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – das Schmiermittelförderelement mit seinem zum Lager weisenden Ende gegenüber der Lagerlängsachse in Drehrichtung gesehen voreilend geneigt ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – das Schmiermittelförderelement (30) auf der in Bewegungsrichtung (A) nacheilenden Seite (48) eine magnetische Schicht (50) aufweist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – das Schmiermittelförderelement (30) an einem Labyrinthring (12) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass – der Labyrinthring (12) eine axiale Ausnehmung (28) aufweist, in der das Schmiermittelförderelement (30) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass – die axiale Erstreckung (b) des Schmiermittelförderelements (30) ein Drittel bis zwei Drittel der axialen Erstreckung (a) der Ausnehmung (28) beträgt.