DE202011105635U1

DE202011105635U1 - Wälzlager eines Zweimassen-Schwungrades

Info

Publication number: DE202011105635U1
Application number: DE202011105635U
Authority: DE
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-09-13
Filing date: 2011-09-13
Publication date: 2012-02-17
Anticipated expiration: 2021-09-14

Abstract

Wälzlager (1) eines Zweimassen-Schwungrades, mit einem Außenring (2) und einem Innenring (3) sowie dazwischen angeordneten auf zugehörigen Laufbahnen (4, 5) abwälzenden Lagerkugeln (6), wobei zwischen Außenring (2) und Innenring (3) an den gegenüberliegenden Axialseiten des Wälzlagers (1) ringförmige Dichtungen (8, 9) angeordnet sind und der zwischen diesen Dichtungen (8, 9) angeordnete Innenraum (14) des Wälzlagers (1) mit einem Schmierstoff gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, dass für den Bohrungsdurchmesser (d) des Innenringes (3), den Außendurchmesser (D) des Außenringes (2), die Lagerbreite (B) und die Querschnittsdiagonale (HBDia) des Wälzlagers (1), sowie für den Teilkreis (dm) der Lagerkugeln (6) folgende Beziehungen gelten: – D/d = 1,47 bis 1,56; – B/d = 0,38 bis 0,45; – dm/d = 1,27 bis 1,37; – HBDia/d = 0,46 bis 0,53.

Description

Gebiet der Neuerung
Die Neuerung bezieht sich auf ein Wälzlager eines Zweimassen-Schwungrades, mit einem Außenring und einem Innenring sowie dazwischen angeordneten auf zugehörigen Laufbahnen abwälzenden Lagerkugeln, wobei zwischen Außenring und Innenring an den gegenüberliegenden Axialseiten des Wälzlagers ringförmige Dichtungen angeordnet sind und der zwischen diesen Dichtungen angeordnete Innenraum des Wälzlagers mit einem Schmierstoff gefüllt ist.
Hintergrund der Neuerung
Wälzlager an Zweimassen-Schwungrädern dienen der Lagerung der Sekundärschwungmasse des Schwungrades und unterliegen besonders hohem Verschleiß, so dass es regelmäßig nötig ist, derartige Lager zu schmieren, wozu üblicherweise ein Schmierstoff als Lebensdauerfüllung in den Innenraum des Wälzlagers eingefüllt ist.
Die DE 42 14 655 A1 und die DE 196 31 725 A1 beschreiben derartige Wälzlager von Zweimassen-Schwungrädern, wobei bei diesen Lösungen Lager-Dichtkappen vorgesehen sind, welche mit dem Nachteil der Empfindlichkeit bei der Montage des Lagers in die Aufnahmebohrung der Sekundärmasse behaftet und zudem teuer sind.
In der DE 10 2005 008 014 A1 ist ein Wälzlager beschrieben, bei dem ein Schmiermittelaufnahmeraum vorgesehen ist, welcher im Wesentlichen durch Nuten gebildet ist, die keine wesentliche Schmiermitteldepot-Erweiterung für eine notwendige deutliche Lagerlebensdauererhöhung darstellen.
Die DE 198 09 176 A1 offenbart ein Wälzlager für Zweimassen-Schwungräder, welches vom Aufbau her sehr raumgreifend ist und bei welchem die Axialluft des zweiteiligen Außenringes durch die Notwendigkeit des dort vorgesehenen Umbördelns eines einen gesonderten Schmiermittelraum bildenden Kappenbauteils offenbar nur ungenau eingestellt werden kann.
Die DE 10 2005 008 006 A1 beschreibt ein weiteres Wälzlager für Zweimassen-Schwungräder, das zwar einen großen Vorratsraum für ein Schmiermittel aufweist, dieser ist aber durch ein gesondertes, recht großes und kappenförmiges Dichtbauteil realisiert.
Durch die DE 196 40 094 A1 ist darüber hinaus ein Wälzlager zur Verwendung in Zweimassen-Schwungrädern bekannt, das einen Innenring und einem Außenring aufweist, die jeweils mit einer Laufbahn für die Wälzkörper versehen sind, wobei der Außenring innen im Längsschnitt betrachtet mit einem Doppelkonus versehen ist und die Öffnungswinkel der Konusse jeweils in Richtung der Laufbahn weisen. Zudem ist vorgesehen, dass in dem Innenring auf seiner den Wälzkörpern zugewandten Seite durch zwei umlaufende Nuten zwei Taschen ausgebildet sind, und dass das Lager beiderseits mit Dichtungen versehen ist. Bei diesem Wälzlager soll erreicht werden, dass durch die Taschen nicht nur eine vollständige Durchmischung der Fettfüllung während des Betriebs möglich ist, sondern auch, dass das Volumen zur Aufnahme des Fettvorrates im Lager vergrößert ist, ohne dass dabei die Abmessungen des Wälzlagers ansteigen. Dazu wird auch vorgeschlagen, dass die Taschen in Richtung des Wälzkörpers schräg auslaufen und sich an den schrägen Auslauf der Tasche ein bis zur Laufbahn reichender zylindrischer Abschnitt anschließt, und dass die Taschen am Innenring axial zwischen dessen zylindrischen Abschnitt und dessen Anlagebereich der Dichtung angeordnet sind.
Als nachteilig hat es sich jedoch erwiesen, dass sich die in dieser Druckschrift vorgeschlagene Doppelkonusform der Innenmantelfläche des Außenringes zur Schmierstoff-Förderung gravierend negativ auf die axiale Tragfähigkeit des Lagers auswirkt, die durch den sich aus radialem Betriebsspiel einstellenden Druckwinkel bestimmt ist. Denn, je größer der Betriebs-Druckwinkel ist, desto höher ist die Tragfähigkeit eines Radialrillenkugellagers. Begrenzt wird der Druckwinkel wiederum durch die maximale Bordhöhe. Diese hat ihre Begrenzung durch den minimalen Spalt bei der sogenannten C-Ring-Montage bei der Lagerkomplettierung mit Kugeln. Daraus ergibt sich, dass sich gerade der Doppelkonus am Außenring negativ auf die axiale Tragfähigkeit und damit auf die Lagerlebensdauer bei als gleich angenommen Lastverhältnissen auswirkt.
Schließlich ist durch die DE 10 2008 048 517 A1 noch ein als Rillenkugellager ausgebildetes Wälzlager eines Zweimassen-Schwungrades bekannt, bei dem durch eine gezielte Abstimmung der Maße des Bohrungsdurchmessers des Innenringes, des Außendurchmessers des Außenringes, der Lagerbreite und der Querschnittsdiagonale des Wälzlagers sowie durch Anpassung des Teilkreises der Lagerkugeln der vorhandene geringe Bauraum für ein maximales Schmierstoffreservoir ausgenutzt werden soll und welches durch die somit zur Verfügung stehende Schmierstoffmenge eine lange Lebensdauer aufweisen soll.
Auch bei diesem Rillenkugellager hat es sich jedoch in der Praxis gezeigt, dass mit den angegebenen Maßbereichen und miteinander in Beziehung stehenden Abmessungen der Lagerbauteile noch kein maximales Schmierstoffreservoir für die geforderte Lagerlebensdauer erreichbar ist, so dass noch Raum für weitere Optimierungen besteht.
Aufgabe der Neuerung
Ausgehend von den Nachteilen des bekannten Standes der Technik liegt der Neuerung deshalb die Aufgabe zu Grunde, ein Wälzlager zu konzipieren, das die geschilderten Nachteile beseitigt. Insbesondere soll erreicht werden, ein Rillenkugellager für die Lagerung der Sekundärmasse eines Zweimassen-Schwungrades zur Verfügung zu stellen, welches unter optimaler Ausnutzung eines vorhandenen geringen Bauraumes eine für eine lange Lebensdauer ausreichende Menge an Schmierstoff aufnehmen und an die Lagerkugeln abgeben kann ohne dabei die Lagerstabilität und -tragfähigkeit negativ zu beeinflussen.
Beschreibung der Neuerung
Der Neuerung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich die gestellte Aufgabe dadurch lösen lässt, dass einzelne definierte Parameter des Wälzlagers derart aufeinander abgestimmt werden, dass eine optimale Schmierstoffversorgung ohne zusätzliche konstruktive Maßnahmen erreicht wird.
Gemäß der Neuerung wird die Aufgabe deshalb bei einem Wälzlager nach dem Oberbegriff des Schutzanspruches 1 dadurch gelöst, dass für den Bohrungsdurchmesser d des Innenringes, den Außendurchmesser D des Außenringes, die Lagerbreite B und die Querschnittsdiagonale HB_Dia des Wälzlagers sowie für den Teilkreis dm der Lagerkugeln folgende Beziehungen eingehalten werden:

– D/d = 1,47 bis 1,56;
– B/d = 0,38 bis 0,45;
– dm/d = 1,27 bis 1,37;
– HB_Dia/d = 0,46 bis 0,53.

Durch diesen Aufbau wird vorteilhaft erreicht, dass das Wälzlager eine sehr gute Bauraumausnutzung bei ausreichender Bereitstellung von Schmierstoff bietet. Ferner ist durch die neuerungsgemäße Ausgestaltung eine kostengünstige Fertigung des Wälzlagers möglich, da zum einen montageempfindliche Kunststoffkappen nicht verwendet werden brauchen, und zum anderen besondere konstruktive und aufwendige Maßnahmen, wie das Einfräsen von Konussen an der Innenmantelfläche des Außenringes, nicht nötig sind. Darüber hinaus lässt sich ein derart ausgestaltetes Wälzlager auf einfachste Weise zusammenbauen. In praktischen Erprobungen eines neuerungsgemäßen Wälzlagers hat sich herausgestellt, dass es einen optimalen Kompromiss hinsichtlich des maximalen Füllgrads mit Schmiermittel und der axialen Tragfähigkeit des Wälzlagers ermöglicht. Die Lebensdauer eines erfindungsgemäß ausgestalteten Wälzlagers ließ sich deutlich gegenüber bislang bekannten Wälzlagern steigern, wobei weder eine Oxidation des Schmiermittels, noch ein Abreißen des Schmiermittel-Films auftraten.
In weiterer Konkretisierung der Neuerung wird es als vorteilhaft beurteilt, wenn hinsichtlich des Bohrungsdurchmessers d des Innenringes, des Außendurchmessers D des Außenringes, der Lagerbreite B und der Querschnittsdiagonale HB_Dia des Wälzlagers sowie für den Teilkreis dm der Lagerkugeln folgende Beziehungen eingehalten werden:

– D/d = 1,5;
– B/d = 0,41;
– dm/d = 1,31;
– HB_Dia/d = 0,48.

Eine andere Ausgestaltung der Neuerung sieht vor, dass für die Beziehung des Durchmessers D_w der Lagerkugeln zur Lagerquerschnittshöhe H des Wälzlagers gilt:

– D_w/H = 0,47 bis 0,55, vorzugsweise 0,53.

Alternativ kann dazu vorgesehen sein, dass für die Beziehung des Durchmessers D_w der Lagerkugeln zur Breite B des Wälzlagers folgende Beziehung gilt:

– D_w/B = 0,28 bis 0,43, vorzugsweise 0,31

In einer weiteren alternativen Ausgestaltung der Neuerung kann vorgesehen sein, dass für die Bordhöhe Bh_A der Laufbahn des Außenrings sowie für die Bordhöhe Bh_I der Laufbahn des Innenrings ohne Verformung der Lagerringe folgende Beziehung gilt:

– Bh_A = 0,24 × D_W;
– Bh_I = 0,25 × D_W.

Ebenso liegt es im Rahmen der Neuerung vorzusehen, dass für die Schmiegung S_A der Laufbahn 4 des Außenrings sowie für die Schmiegung S_I der Laufbahn des Innenrings ohne Verformung der Lagerringe folgende Beziehung gilt:

– S_A = 1,04 × D_W bis 1,07 × D_W;
– S_I = 1,06 × D_W bis 1,08 × D_W.

Kurze Beschreibung der Zeichnung
Eine bevorzugte Ausführungsform des neuerungsgemäß ausgebildeten Wälzlagers wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Die einzigste Figur zeigt dabei eine vergrößerte Darstellung eines nicht maßstabsgerechten Axialschnittes durch ein neuerungsgemäßes Wälzlager.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Aus der Zeichnung geht deutlich hervor, dass das neuerungsgemäße Wälzlager 1 in an sich bekannter Weise aus einem Außenring 2 und aus einem Innenring 3 besteht, welche zueinander konzentrisch angeordnet sind. Der Außenring 2 und der Innenring 3 weisen Laufbahnen 4, 5 auf, in welchen eine Reihe von Lagerkugeln 6 angeordnet ist. Die Lagerkugeln 6 sind in einem Lagerkäfig 7 gehalten.
Desweiteren ist in der Zeichnung zu sehen, dass zwischen Außenring 2 und Innenring 3 an den gegenüberliegenden Axialseiten des Wälzlagers 1 ringförmige Dichtungen 8, 9 angeordnet sind, welche jeweils mit dem Außenring 2 verbunden sind. Zu diesem Zweck ist eine sich axial nach außen an die Laufbahn 4 anschließende axial verlaufende und radial innere Mantelfläche 10 des Außenrings 2 jeweils axial außen mit einer Ringnut 11, 12 versehen, in welche die Dichtungen 8, 9 eingreifen. Auf einer radial gegenüberliegenden äußeren Mantelfläche 13 des Innenrings 3 liegen die Dichtungen 8, 9 schleifend an, wobei es jedoch auch möglich ist, die Dichtungen 8, 9 ebenfalls in entsprechende Ringnuten in die Mantelfläche 13 des Innenrings 3 einzusetzen.
Der axial durch die Dichtungen 8, 9 und radial durch die Mantelflächen 10, 13 umschlossene Innenraum 14 des Wälzlagers 1 ist mit einem nicht dargestellten Schmierstoff gefüllt, welcher die Lagerkugeln 6 über die gesamte Lebensdauer des Wälzlagers 1 schmiert, die Reibung der Lagerkugeln 6 in den Laufbahnen 4, 5 gering zu halten. Um möglichst viel Schmiermittel aufnehmen und optimal an die Lagerkugeln 6 heranführen zu können, ist das Wälzlager 1 in neuerungsgemäßer Weise so optimiert, dass der Füllgrad des Schmiermittels bei optimaler Tragfestigkeit des Wälzlagers 1 erhöht wird. Dazu ist vorgesehen, den zur Verfügung stehenden Bauraum zu optimieren, und zwar durch die Abstimmung einzelner Parameter zueinander. Diese Parameter sind in der Zeichnung abgebildet und bedeuten:

d: = Bohrungsdurchmesser des Wälzlagers 1;
D: = Außendurchmesser des Wälzlager 1 bzw. des Außenrings 2;
D_w: = Durchmesser der Lagerkugeln 6;
B: = Axiale Breite des Wälzlagers 1;
H: = Lagerquerschnittshöhe des Wälzlagers 1;
HB_Dia: = Querschnittsdiagonale des Wälzlagers 1;
dm: = Kugelteilkreis, also der radiale Abstand der Kugelmittelpunkte von zwei um 180° versetzt angeordneten Lagerkugeln 6;
Bh_A: = Bordhöhe im Außenring 2, also der radiale Abstand des Scheitelpunktes der Laufbahn 4 zur inneren Mantelfläche 10 des Außenrings 2;
Bh_I: = Bordhöhe im Innenring 2, also der radiale Abstand des Scheitelpunktes der Laufbahn 5 zur äußeren Mantelfläche 13 des Innenrings 3;
S_A: = Grad der Schmiegung der Laufbahn 4 im Außenring 2 zum Durchmesser der Lagerkugeln 6;
S_I: = Grad der Schmiegung der Laufbahn 5 im Innenring 3 zum Durchmesser der Lagerkugeln 6;

Zur optimalen Bauraumausnutzung für den im Wälzlager 1 aufgenommenen Schmierstoff gelten dabei folgende Beziehungen:

– D/d = 1,47 bis 1,56, vorzugsweise 1,50
– B/d = 0,38 bis 0,45, vorzugsweise 0,41
– dm/d = 1,27 bis 1,37, vorzugsweise 1,31
– HB_Dia/d = 0,46 bis 0,53, vorzugsweise 0,53

Für die Beziehung Kugeldurchmesser D_w zu Lagerquerschnittshöhe H gilt:

– D_w/H = 0,47 bis 0,55, bevorzugterweise 0,53.

Alternativ dazu kann auch die Beziehung Kugeldurchmesser D_w zur Breite B des Wälzlagers 1, herangezogen werden, wobei dann folgende Beziehung gilt:

– Dw/B = 0,28 bis 0,43, bevorzugterweise 0,31.

Für die Bordhöhe Bh_A der Laufbahn 4 des Außenrings 2 sowie für die Bordhöhe Bh_I der Laufbahn 5 des Innenrings 3 haben sich ohne Verformung der Lagerringe 2, 3 folgende Beziehungen als optimal heraus gestellt:

– Bh_A = 0,24 × D_W;
– Bh_I = 0,25 × D_W.

Für die Schmiegung S_A der Laufbahn 4 des Außenrings 2 sowie für die Schmiegung S_I der Laufbahn 5 des Innenrings 3 haben sich ohne Verformung der Lagerringe 2, 3 folgende Beziehungen als optimal heraus gestellt:

– S_A = 1,04 × D_W bis 1,07 × D_W;
– S_I = 1,06 × D_W bis 1,08 × D_W.

Ein Wälzlager 1 mit den o. g. Parametern bietet eine Reihe von Vorteilen, insbesondere eine sehr gute Bauraumausnutzung bei ausreichender Bereitstellung von Schmierstoffdepots, ferner eine kostengünstige Fertigung des Wälzlagers 1, sowie den Wegfall von montageempfindlichen Kunststoffkappen. Darüber hinaus lässt sich ein derart ausgestaltetes Wälzlager 1 auf einfachste Weise komplettieren. In praktischen Erprobungen des Wälzlagers gemäß 1 hat sich heraus gestellt, dass es einen optimalen Kompromiss hinsichtlich des maximalen Füllgrads mit Schmiermittel und der axialen Tragfähigkeit des Wälzlagers 1 ermöglicht.
Bezugszeichenliste

1: Wälzlager
2: Außenring
3: Innenring
4: Laufbahn
5: Laufbahn
6: Lagerkugel
7: Lagerkäfig
8: Dichtung
9: Dichtung
10: Mantelfläche von 2
11: Ringnut
12: Ringnut
13: Mantelfläche von 3
14: Innenraum
d: Bohrungsdurchmesser von 1
D: Außendurchmesser von 1
D_w: Durchmesser von 6
B: Breite von 1
H: Querschnittshöhe von 1
HB_Dia: Querschnittsdiagonale von 1
dm: Kugelteilkreis
Bh_A: Bordhöhe von 4
Bh_I: Bordhöhe von 5
S_A: Schmiegung von 4
S_I: Schmiegung von 5

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4214655 A1 [0003]
DE 19631725 A1 [0003]
DE 102005008014 A1 [0004]
DE 19809176 A1 [0005]
DE 102005008006 A1 [0006]
DE 19640094 A1 [0007]
DE 102008048517 A1 [0009]

Claims

Wälzlager (1) eines Zweimassen-Schwungrades, mit einem Außenring (2) und einem Innenring (3) sowie dazwischen angeordneten auf zugehörigen Laufbahnen (4, 5) abwälzenden Lagerkugeln (6), wobei zwischen Außenring (2) und Innenring (3) an den gegenüberliegenden Axialseiten des Wälzlagers (1) ringförmige Dichtungen (8, 9) angeordnet sind und der zwischen diesen Dichtungen (8, 9) angeordnete Innenraum (14) des Wälzlagers (1) mit einem Schmierstoff gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, dass für den Bohrungsdurchmesser (d) des Innenringes (3), den Außendurchmesser (D) des Außenringes (2), die Lagerbreite (B) und die Querschnittsdiagonale (HB_Dia) des Wälzlagers (1), sowie für den Teilkreis (dm) der Lagerkugeln (6) folgende Beziehungen gelten: – D/d = 1,47 bis 1,56; – B/d = 0,38 bis 0,45; – dm/d = 1,27 bis 1,37; – HB_Dia/d = 0,46 bis 0,53.
Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für den Bohrungsdurchmesser (d), den Außendurchmesser (D), die Lagerbreite (B) und die Querschnittsdiagonale (HB_Dia) des Wälzlagers (1), sowie für den Teilkreis (dm) der Lagerkugeln (6) folgende bevorzugte Werte gelten: – D/d = 1,5; – B/d = 0,41; – dm/d = 1,31; – HB_Dia/d = 0,48.
Wälzlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Beziehung des Durchmessers (D_w) der Lagerkugeln (6) zur Lagerquerschnittshöhe (H) des Wälzlagers (1) folgende Beziehung gilt: – D_w/H = 0,47 bis 0,55, vorzugsweise 0,53.
Wälzlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Beziehung des Durchmessers (D_w) der Lagerkugeln (6) zur Breite (B) des Wälzlagers (1) folgende Beziehung gilt: – D_w/B = 0,28 bis 0,43, vorzugsweise 0,31
Wälzlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Bordhöhe (Bh_A) der Laufbahn (4) des Außenrings (2) sowie für die Bordhöhe (Bh_I) der Laufbahn (5) des Innenrings (3) ohne Verformung der Lagerringe (2, 3) folgende Beziehung gilt: – Bh_A = 0,24 × D_W; – Bh_I = 0,25 × D_W.
Wälzlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Schmiegung (S_A) der Laufbahn (4) des Außenrings (2) sowie für die Schmiegung (S_I) der Laufbahn (5) des Innenrings (3) ohne Verformung der Lagerringe (2, 3) folgende Beziehung gilt: – S_A = 1,04 × D_W bis 1,07 × D_W; – S_I = 1,06 × D_W bis 1,08 × D_W.