WO2011064061A1

WO2011064061A1 - Elektrisch - und/oder thermisch-isoliertes wälzlager

Info

Publication number: WO2011064061A1
Application number: PCT/EP2010/066215
Authority: WO
Inventors: Ludwig Winkelmann; Gudrun Martin; Jürgen WINDRICH
Original assignee: Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg
Priority date: 2009-11-30
Filing date: 2010-10-27
Publication date: 2011-06-03
Also published as: JP5762433B2; DE102009056349A1; CN102639887A; US20120243816A1; US8764301B2; KR20120104983A; IN2012DN02383A; EP2507524A1; JP2013512400A; CN102639887B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager (1) mit einem Außenring (3) und einem Innenring (4) sowie zwischen diesen über den Umfang verteilt angeordneten und auf diesen abwälzenden Wälzkörpern (6). Zur einfachen Erhöhung der thermischen Isolation, der elektrischen Isolierung und dergleichen isterfindungsgemäß am Außenumfang (7) des Außenrings (3) über zumindest einen Teil dessen axialer Breite und zumindest über einen Teil des Außenumfangs (7) ein spanlos aus einer Kunststofffolie gefertigter Folienabschnitt (8) angebracht.

Description

Bezeichnung der Erfindung

ELEKTRISCH - UND/ODER THERMISCH-ISOLIERTES WÄLZLAGER Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager mit einem Außenring und einem Innenring sowie zwischen diesen über den Umfang verteilt angeordneten und auf diesen abwälzenden Wälzkörpern.

Hintergrund der Erfindung Derartige Wälzlager, beispielsweise Rillenkugellager und dergleichen sind seit langem bekannt. Um diese Wälzlager thermisch gegenüber dem zu lagernden Bauteil, beispielsweise in einem geteilten Schwungrad eines Antriebsstrangs zu isolieren, werden zwischen dem Außenring und dem zu lagernden Bauteil Isolationselemente aus Kunststoff eingebracht. Die DE 42 14 655 A1 zeigt bei- spielsweise ein geteiltes Schwungrad, bei dem die beiden Schwungmassen mittels eines thermisch isolierten Wälzlagers verdrehbar aufeinander gelagert sind. Hierbei ist zwischen dem Außenring und der zweiten Schwungmasse eine Zwischenlage aus Kunststoff eingebracht, die zur Anpassung an die Konturen des Wälzlagers aufwendig spanend nachbearbeitet werden muss.

Desweiteren sind Wälzlager bekannt, bei denen Kunststoff mittels eines Spritzverfahrens auf den Außenring aufgebracht, anschließend aufgesintert wird und zur Überarbeitung der gewünschten Kontur spanend bearbeitet werden muss. Aus der DE 10 2005 055 039 A1 ist ein Wälzlager mit von beiden Stirnflächen des Außenrings aufgebrachten Kunststoffkappen offenbart, die gegenüber dem Außenring mittels Keramikmaterial oder Kunststoff aufgespannt sind. Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist die vorteilhafte Weiterbildung gattungsgemaßer Wälzlager vor dem Hintergrund, einen einfach zu handhabenden und kosten- günstigen Aufbau zu erzielen, der thermisch und/oder elektrisch isolierend ist.

Beschreibung der Erfindung

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Wälzlager mit einem Außenring und einem Innenring sowie zwischen diesen über den Umfang verteilt angeordneten und auf diesen abwälzenden Wälzkörpern gelöst, bei dem am Außenumfang des Außenrings über zumindest einen Teil dessen axialer Breite und zumindest über einen Teil des Außenumfangs ein spanlos aus einer Kunststofffolie gefertigter Folienabschnitt angebracht ist.

Kunststofffolien werden in der gewünschten Dimension, beispielsweise mit einer Materialstärke kleiner 1 mm, vorzugsweise kleiner 0,75 mm in industriellem Maßstab gefertigt und können kostengünstig in Form vorkonfektionierter Ware bezogen werden. Dabei können aus planem Folienmaterial einseitig offenen Ringe auf den Außendurchmesser ausgebracht werden. Alternativ können die umfangsseitigen Enden derartige Ringe vor oder nach dem Aufbringen beispielsweise formschlüssig mittels einer Clinch-Verbindung geschlossen werden. Weiterhin kann die Kunststofffolie als Schlauchware mit vorgegebenem Durchmesser verwendet und auf den Außendurchmesser aufgezogen werden. Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung von Folienstreifen erwiesen, die auf die vom Außendurchmesser des Außenrings vorgegebene Länge geschnitten und an dessen axiale Breite beziehungsweise die gewünschte axiale Bedeckung des Außenrings angepasst sind. Infolge der gut reproduzierbaren Stärke der Kunststofffolien im Bereich von wenigen Mikrometern wird eine aus- reichende Maßhaltigkeit des Außendurchmessers des Außenrings nach Aufbringen des Folienabschnitts erzielt, ohne diesen nachzubearbeiten. Bei Verwendung der Folienabschnitte wird nicht nur eine gute thermische Isolation des Außenrings gegenüber dem zu lagernden Bauteil erzielt. Es wurde weiterhin festgestellt, dass ein hoher Schutz gegen Passungsrost aufgrund einer Tribo- korrosionsbeanspruchung insbesondere bei Loslagern erzielt wird.

Als Kunststoffmaterielaien haben sich insbesondere Polyetherketone und be- vorzugt Polyetheretherketon (PEEK) erwiesen, der eine ausreichende thermische Festigkeit im Bereich von 300°C aufweist. Die Kunststofffolien für die Folienabschnitte können mineralverstärkt sein, wobei sich teilkristalline oder a- morphe Kunststofffolien eignen. Weitere Vorteile einer Verwendung von PEEK sind die geringe Feuchtigkeitsaufnahme, die hohe Widerstandfähigkeit gegen Chemikalien, die Verschleißfestigkeit insbesondere bei der Glasübergangstemperatur. Weiterhin ist die elektrische Isolierung bereits bei geringen Materialstärken für die vorgesehenen Anwendungen ausreichend.

Die Fügung der Folienabschnitte auf dem Außenring kann in kostengünstiger Weise adhäsiv mittels üblicher Klebeverfahren oder alternativ stoffschlüssig, beispielsweise für hoch beanspruchte Anwendungen mittels einer Heißlaminie- rung erfolgen. Alternativ können Heizelement-, Ultraschall- oder Laserschweißverfahren eingesetzt werden. Die Oberfläche des Außenrings kann hierzu entsprechend vorbereitet, beispielsweise chemisch und/oder mittels eines Plas- mas aktiviert und/oder vorgewärmt werden. Weiterhin kann insbesondere bei einer Verklebung des Folienabschnitts auf dem Außenring die Oberfläche des Folienabschnitts vorbehandelt wie gereinigt, mechanisch und/oder chemisch aktiviert werden. Im Weiteren haben sich Kunststofffolien zur Herstellung der Folienabschnitte als vorteilhaft erwiesen, die bereits mit einer Klebeschicht vorkonfektioniert sind.

Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird der Folienabschnitt nicht zwangsweise über die gesamte Breite des Außenrings angeordnet. Vielmehr kann insbesondere zur thermischen Isolation bereits ein bevorzugt mittiger axialer Bereich des Außenumfangs des Außenrings durch den Folienabschnitt abgedeckt sein, wobei der oder die axial nicht bedeckten Bereiche einen Luftspalt oder je nach Betriebsmedium einen Flüssigkeitsspalt wie Ölspalt aufweisen können. Als besonders vorteilhaft hat sich gezeigt, wenn der Folienab- schnitt in einen in den Außenring eingebrachten, sich zumindest über einen Teilumfang des Außenrings erstreckenden Einschnitt eingelegt ist. Hierbei kann der Einstich eine flache Ringnut oder dergleichen sein, so dass der Folienabschnitt in einfacher Weise axial fixiert werden kann. Dabei kann die Ein- stichtiefe größer oder gleich der Stärke des Folienabschnitts sein, so dass der Außenring am zu lagernden Bauteil zentriert wird, oder kleiner als die Stärke des Folienabschnitts sein, so dass eine bessere thermische und eine elektrische Isolation erzielt wird.

Nach einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel kann der Folienabschnitt über zumindest eine Schulter des Außenrings nach radial innen erstreckt sein. Hierbei kann das Kunststoffmaterial für den Folienabschnitt bereits als Winkelprofil beispielsweise mittels eines Extrusionsverfahrens vorkonfektioniert sein, wobei dieses zur erleichterten Bildung einer Ringform an dem radial nach innen gerichteten Schenkel des Folienabschnitts entsprechende Ausklinkungen aufweisen kann. Durch entsprechende Ablängung des Kunststoffmaterials können unterschiedliche Ringdurchmesser des Außenrings mit demselben Kunststoffmaterial abgedeckt werden. Ein Schlitz des in Ringform gebogenen Folienabschnitts kann an die thermische Längung des Folienabschnitts angepasst sein. Auf diese Weise vorgebogene Folienabschnitte können zur Erzielung einer Kapselung des Wälzlagers an beiden Stirnseiten des Außenrings angebracht werden.

Gemäß dem erfinderischen Gedanken kann der nach radial innen weisende Schenkel eines im Querschnitt gewinkelten Folienabschnitts über den Umfang geschlossen dargestellt werden, indem ein planer oder gewinkelter Folienabschnitt thermisch oder mechanisch beispielsweise mittels eines Tiefziehverfahrens verformt wird. Dabei können spanlos nahezu beliebig, beispielsweise in Form von Abdeckkappen geformte Folienabschnitte dargestellt werden, deren radial nach innen gerichteter Ringbord axial bündig den Innenring radial übergreift und gegebenenfalls an diesem zumindest leicht axial vorgespannt anliegen kann. Alternativ kann der Folienabschnitt den Innenring radial umgreifen und in einen ringförmigen Einstich am Innenumfang des Innenrings eingelegt sein, so dass ein vollständig gekapseltes Wälzlager gebildet wird. Hierbei kann zwischen dem Folienabschnitt und dem Einstich Dichtmaterial wie ein Dichtring oder Vlies eingelegt werden. Zur Erweiterung des Schmiermittelvolumens des zur Schmierung der Wälzflächen zwischen Wälzkörpern und Innenring beziehungsweise Außenring vorgesehenen Schmiermittels wie Fett oder Öl kann ein axial gegenüber den Laufringen erweitertes und radial im Bereich des Laufdurchmessers der Wälzkörper angeordnetes ringförmiges Schmiermittelreservoir aus dem Folienabschnitt beispielsweise mittels eines Tiefziehverfahrens ausgeformt sein.

Auf diese Weise beispielsweise aus Halbzeug in Form von Kunststofffolien hergestellte Folienabschnitte können ohne weitere adhäsive oder stoffschlüssige Fixierung unter Vorspannung auf den Außendurchmesser des Außenrings aufgezogen werden. Hierbei hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn an der der Stirnseite mit dem radial nach innen erstreckten Folienabschnitt gegenüber liegenden Stirnseite ein nach radial außen erweiterter Haltekragen vorgesehen ist. Dieser dient hilfsweise während der Montage zum Aufziehen der Folienabschnitte auf den Außendurchmesser und wird anschließend spanlos abge- trennt, beispielsweise abgeschnitten.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Das erfindungsgemäß ausgebildete Wälzlager wird nachfolgend in mehreren bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1 einen Schnitt durch ein Wälzlager mit thermischer Isolierung in

Form eines Folienabschnitts aus Kunststoffmaterial;

Figur 2 einen Schnitt durch ein gegenüber dem Wälzlager der Figur 1 leicht abgeändertes Wälzlager mit einem in einen Einstich eingelegten Folienabschnitt; Figur 3 einen Teilschnitt durch ein gegenüber dem Wälzlager der Figur 1 leicht geändertes Wälzlager mit einem radial um eine Stirnfläche des Außenrings nach innen geformten Folienabschnitt;

Figur 4 eine Ansicht des Wälzlagers der Figur 3;

Figur 5 einen Teilschnitt durch ein gegenüber dem Wälzlager der Figur

3 leicht geändertes Wälzlager mit einem nach radial innen geschlossenen Ringbord;

Figur 6 einen Teilschnitt durch ein gegenüber dem Wälzlager der Figur

5 mit einem Schmiermittelreservoir versehenes Wälzlager.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 zeigt einen Schnitt durch das um die Drehachse 2 rotationssymmetrisch ausgebildete Wälzlager 1 mit dem Außenring 3 und dem Innenring 4 sowie den in dem Lagerkäfig 5 positionierten, in diesem Ausführungsbeispiel als Kugeln ausgebildeten Wälzkörper 6. Das dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt ein Rillenkugellager. Der erfinderische Gedanke umfasst in gleicher Weise auch andere Wälzlager, beispielsweise mit Nadeln oder Kugelrollen ausgestattete Wälzlager.

Am Außenumfang 7 des Außenrings 3 ist der Folienabschnitt 8 aufgebracht. Der Folienabschnitt 8 wird aus einer Kunststofffolie als Streifen vorkonfektioniert und beispielsweise mit dem Außenumfang verklebt oder aufgesintert. Durch die geringe Wärmeleitfähigkeit und den hohen elektrischen Widerstand isoliert der Folienabschnitt 8 den Außenring und damit das Wälzlager 1 und das am Innenumfang angebrachte Lagerbauteil gegenüber dem an dem Außenumfang 7 zu lagernden Bauteil. Der Außenring 3 verfügt an beiden Stirnseiten 9, 10 über Phasen 1 1 , die der besseren Einführung in das zu lagernde Bauteil einem Abstehen des Folienabschnitts 8 dienen. Figur 2 zeigt einen Schnitt durch das Wälzlager 1 a, das im Unterschied zum Wälzlager 1 der Figur 1 über einen geänderten Außenring 3a verfügt. Am Außenumfang 7 des Außenrings 3a ist der ringförmige Einstich 12 eingebracht, in den der axial gegenüber dem Folienabschnitt 8 der Figur 1 verkürzte Folienab- schnitt 8a eingelegt und damit axial fixiert ist. Die zwischen dem Einstich 12 und den Phasen 1 1 verbleibenden radial erhabenen Stege 13 können der Zentrierung des Außenrings 3a an dem zu lagernden Bauteil dienen und weisen einen vernachlässigbaren Wärmefluss gegenüber der gesamten axialen Breite des Außenrings 3a auf.

Figur 3 zeigt einen Teilschnitt des um die Drehachse 2 rotationssymmetrischen Wälzlagers 1 b auf. Im Unterschied zu der Ausgestaltung des Folienabschnitts 8 des Wälzlagers 1 der Figur 1 ist der Folienabschnitt 8b im Querschnitt winkelig mit den Schenkeln 14, 15 ausgebildet, wobei der in Form eines Ringab- Schnitts ausgebildete Schenkel 14 am Außenumfang 7 des Außenrings 3b angeordnet, beispielsweise unter Vorspannung aufgebracht, aufgeklebt oder aufgesintert ist und der Schenkel 15 an der Stirnseite 10 des Außenrings 3b nach radial innen ausgerichtet ist. Der Folienabschnitt 8b wird dabei vorzugsweise aus einem bereits winkelig vorkonfektionierten Streifenmaterial geschnitten und auf den Außenumfang 7 des Außenrings 3b vorgebogen. Hierzu sind aus dem Schenkel 15 Ausklinkungen 16 vorgesehen.

Figur 4 zeigt das Wälzlager 1 b in Ansicht mit dem auf dem Außenring 3b (Figur 3) aufgebrachten winkeligen Folienabschnitt 8b mit den Schenkeln 14, 15. Zur vereinfachten Aufbringung des aus als Halbzeug einer Kunststofffolie hergestellten geraden Streifenmaterials gebildeten und auf den Außenumfang 7 vorgebogenen Folienabschnitts 8b sind in dem ringförmigen Schenkel 15 Ausklinkungen 16 vorgesehen. Die Länge des Streifens zur Herstellung des Folienabschnitts 8b ist so bemessen, dass ein Schlitz 17 zwischen den Enden des Fo- lienabschnitts 8b gebildet wird, der die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten des Kunststoffmaterials des Folienabschnitts 8b und des Außenrings 3b (Figur 3) berücksichtigt. Figur 5 zeigt einen Teilschnitt durch das Wälzlager 1 c, das ebenfalls einen im Querschnitt winkeligen Folienabschnitt 8c aufweist, wobei der Schenkel 14c auf dem Außenring 3c aufgebracht und der Schenkel 15c radial nach innen so weit erweitert ist, dass er in eine stirnseitige, ringförmige Ausnehmung 18 des Innenrings 4c ohne zusätzlichen axialen Bauraumbedarf eingelegt beziehungsweise gegen diese zumindest geringfügig axial verspannt werden kann. Die Herstellung des Folienabschnitts 8c erfolgt vorzugsweise mittels einer tiefgezogenen Kunststofffolie, so dass der Folienabschnitt 8c als geschlossener Ring und der Schenkel 15c als durchgängiger Ringbord 20 hergestellt werden kann. Der beim Tiefziehen entstehende Topfboden wird dabei abgeschnitten und die Topfwandung bildet den ringförmigen Schenkel 15c des Folienabschnitts. Alternativ kann der umlaufende Schenkel 14c als Topfwandung vorgesehen werden und der Schenkel 15c durch Ausstanzen des Zentrums aus dem Topfboden gebildet werden.

Um den Folienabschnitt 8c in einfacher Weise auf den Außenring 3c aufziehen zu können, kann ein umlaufender Haltekragen 28 während des Tiefziehverfahrens gebildet werden oder stehen bleiben. Nach dem Aufziehen des Folienabschnitts 8c wird der Haltekragen abgeschnitten. In gleicher weise können sich über den Umfang verteilte radial erweiterte Laschen an dem Folienabschnitt 8c zum Aufziehen auf den Außenring 3c eignen.

Figur 6 zeigt das Wälzlager 1 d im Teilschnitt, das eine Variante des Wälzlagers 1 c der Figur 5 darstellt. Hierbei ist der bevorzugt tiefgezogene Folienab- schnitt 8d nach radial innen den Innenring 4d radial umgreifend erweitert. Der axiale Ansatz 19 des radial nach innen erweiterten Ringbords 20d erstreckt sich dabei in die ringförmige Ausnehmung 21 am Innenumfang 22 des Innenrings 4d. Zwischen dem axialen Ansatz 19 und dem Innenumfang der ringförmigen Ausnehmung 21 dichtet der Vliesring 23. Durch die Abdichtung des axia- len Ansatzes 19 gegenüber dem Innenring 4d wird in Verbindung mit der Ringdichtung 24 ein geschlossener Schmiermittelraum 25 gebildet, der durch die axiale Erweiterung 26 des Folienabschnitts 8d um das Schmiermittelreservoir 27 erweitert wird, so dass durch das erhöhte Schmiermittelvolumen die Standzeit des Wälzlagers 1 d verlängert wird.

Bezugszeichenliste

Wälzlager 17 Schlitz

a Wälzlager 18 Ausnehmungb Wälzlager 19 axialer Ansatzc Wälzlager 20 Ringbord

d Wälzlager 20d Ringbord

Drehachse 21 Ausnehmung

Außenring 22 Innenumfanga Außenring 23 Vliesring

b Außenring 24 Ringdichtungc Außenring 25 Schmiermittelraum

Innenring 26 axiale Erweiterungc Innenring 27 Schmiermittelreservoird Innenring 28 Haltekragen

Lagerkäfig

Wälzkörper

Außenumfang

Folienabschnitt

a Folienabschnitt

b Folienabschnitt

c Folienabschnitt

d Folienabschnitt

Stirnseite

0 Stirnseite

1 Phase

2 Einstich

3 Steg

4 Schenkel

4c Schenkel

5 Schenkel

5c Schenkel

6 Ausklinkung

Claims

Patentansprüche

1 . Wälzlager (1 , 1 a, 1 b, 1 c, 1 d) mit einem Außenring (3, 3a, 3b, 3c) und einem Innenring (4, 4c, 4d) sowie zwischen diesen über den Umfang verteilt angeordneten und auf diesen abwälzenden Wälzkörpern (6), dadurch gekennzeichnet, dass am Außenumfang (7) des Außenrings (3, 3a, 3b, 3c) über zumindest einen Teil dessen axialer Breite und zumindest über einen Teil des Außenumfangs ein spanlos aus einer Kunststofffolie gefertigter Folienabschnitt (8, 8a, 8b, 8c, 8d) angebracht ist.

2. Wälzlager (1 , 1 a, 1 b, 1 c, 1 d) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Folienabschnitt (8, 8a, 8b, 8c, 8d) aus einem Folienstreifen der Kunststofffolie gefertigt ist.

3. Wälzlager (1 , 1 a, 1 b) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Folienabschnitt (8, 8a, 8b) mit dem Außenumfang (7) adhäsiv o- der stoffschlüssig verbunden ist.

4. Wälzlager (1 a) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich- net, dass der Folienabschnitt (8a) in einen in den Außenring (3a) eingebrachten, sich zumindest über einen Teilumfang des Außenrings (3a) erstreckenden Einstich (12) eingelegt ist.

5. Wälzlager (1 b, 1 c, 1 d) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Folienabschnitt (8b, 8c, 8d) über zumindest eine

Schulter des Außenrings (3b, 3c) nach radial innen erstreckt ist.

6. Wälzlager (1 d) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Folienabschnitt (8d) radial innerhalb ein umlaufendes Schmiermittelreser- voir (27) gebildet ist.

7. Wälzlager (1 c) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass an der der Stirnseite mit dem radial nach innen erstreckten Folienabschnitt (8c) gegenüber liegenden Stirnseite ein nach radial außen erweiterter Hal- tekragen (28) vorgesehen ist.

8. Wälzlager (1 c, 1 d) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Form des Folienabschnitts (8c, 8d) mittels eines Tiefziehverfahrens hergestellt ist.

9. Wälzlager (1 , 1 a, 1 b, 1 c, 1 d) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Folienabschnitt (8, 8a, 8b, 8c, 8d) aus einem Polyetherketon hergestellt ist.

10. Wälzlager (1 , 1 a, 1 b, 1 c, 1 d) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Folienabschnitt (8, 8a, 8b, 8c, 8d) bezüglich seiner Materialfestigkeit verstärkt ist.