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Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Wälzlager, wie es beispielsweise als Radlager für ein Kraftfahrzeug, beispielsweise ein Personenkraftfahrzeug oder ein Lastkraftfahrzeug, zum Einsatz kommen kann.
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Wälzlager werden in vielen Bereichen der Technik eingesetzt, wenn zwei sich zueinander drehende Bauteile hinsichtlich dieser Drehbewegung geführt oder gelagert werden sollen. Häufig ist hierbei ein Bauteil bezogen auf die zugrundeliegende Maschine oder Einheit unbeweglich, raumfest, stehend oder mit dieser verbunden. So kann es sich bei dem betreffenden Bauteil beispielsweise um das Gehäuse der Maschine oder eine entsprechende andere Komponente handeln. Im Kraftfahrzeugbereich kann es sich so beispielsweise um ein Getriebegehäuse, einen Motorblock oder auch um einen Radträger handeln. Die betreffenden Wälzlager können in diesem Fall ein Getriebelager, ein Motorlager oder ein Radlager sein. Aber auch in anderen Technikgebieten des Maschinen-, Anlagen- und Fahrzeugbaus treten entsprechende Anforderungen auf.
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Im Unterschied zu Großlagern, wie sie beispielsweise im Windkraftbereich eingesetzt werden, werden bei kompakteren Lagern häufig abweichende Schmierungskonzepte eingesetzt. So werden diese Lager häufig als abgedichtete Lager implementiert, bei denen das benötigte Schmiermittel bereits bei der Fertigung oder bei der Montage desselben eingebracht wird. Hierbei kann die Schmierung lebenszeitbezogen (For-Life-Schmierung) oder aber auch bezogen auf eine bestimmte Betriebsperiode erfolgen, wobei im letztgenannten Fall das Schmiermittel dann beispielsweise im Rahmen einer Wartung austauschbar ist. Bei abgedichteten Lagern wird als Schmiermittel häufig ein Fett verwendet, da dieses im Vergleich zur Verwendung von Öl als Schmiermittel eine leichtere Abdichtung gegen ein unbeabsichtigtes Austreten des Schmiermittels aus dem betreffenden Wälzlager ermöglicht.
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Die Verwendung von Fett als Schmiermittel stellt jedoch nicht immer eine optimale Wahl dar. So wird häufig nur ein kleiner Teil des im Fett gebundenen Öls für die eigentliche Schmierung herangezogen. Der Rest bleibt typischerweise passiv und ungenutzt in Bereichen, die sich nicht unmittelbar in der Nähe der betreffenden Arbeitsflächen bzw. Kontaktfläche befinden. Ein nicht unerheblicher Anteil des in ein Wälzlager eingebrachten Fetts trägt daher häufig nicht zur Schmierung bei, erhöht jedoch die Masse des betreffenden Wälzlagers.
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Flüssige Schmiermittel ermöglichen im Unterschied hierzu aufgrund ihrer geringeren Viskosität eine leichtere Durchmischung, sodass das in das Wälzlager eingebrachte Schmiermittel effizienter genutzt wird. Flüssige Schmiermittel erfordern jedoch aus dem gleichen Grund eine aufwendigere Dichtung.
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Es besteht daher ein Bedarf, ein Wälzlager zu schaffen, welches den Einsatz eines flüssigen Schmiermittels erlaubt, ohne jedoch auf aufwendige, flüssigkeitsundurchlässige Dichtungen auszuweichen.
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Diesem Bedarf trägt ein Wälzlager gemäß Patentanspruch 1 Rechnung.
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Ein Wälzlager gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst einen ersten Wälzlagerring, der vorgesehen ist, um mit einem stehenden Bauteil mechanisch verbindbar zu sein, einen zweiten Wälzlagerring, der vorgesehen ist, um mit einem drehenden Bauteil mechanisch verbindbar zu sein, und wenigstens einen porösen Körper, der zwischen dem ersten und dem zweiten Wälzlagerring angeordnet und ausgebildet ist, um ein Schmiermittel aufzunehmen. Der wenigstens eine poröse Körper ist mit dem zweiten Wälzlagerring derart mechanisch gekoppelt ist, dass sich der wenigstens eine poröse Körper bei einer Drehung des zweiten Wälzlagerrings im Wesentlichen mit dem zweiten Wälzlagerring dreht, sodass dieser eine Menge des Schmiermittels aufgrund der Drehung abgibt. Der wenigstens eine poröse Körper ist hierbei typischerweise offenporig oder gemischtporig ausgeführt, um die Abgabe des Schmiermittels zu ermöglichen.
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Einem Wälzlager gemäß einem Ausführungsbeispiel liegt so die Erkenntnis zugrunde, dass eine Verwendung einer vergleichsweise einfachen Dichtung im Zusammenhang mit einem flüssigen Schmiermittel dadurch möglich ist, dass zwischen den beiden Wälzlagerringen des Wälzlagers wenigstens ein poröser Körper vorgesehen wird, der mechanisch mit dem sich drehenden Wälzlagerring gekoppelt ist, sodass ein in dem porösen Körper aufgenommenes Schmiermittel durch die Drehung, beispielsweise durch eine Zentrifugalkraft, von diesem abgegeben werden kann. Hierdurch ist es möglich, in der Wahl der Schmiermittel auch flüssige Schmiermittel verwenden zu können, ohne auf aufwendigere, flüssigkeitsundurchlässige Dichtungen angewiesen zu sein. So erlaubt es ein Wälzlager gemäß einem Ausführungsbeispiel, beispielsweise auch ein flüssiges Schmiermittel einzusetzen. Der poröse Körper kann bei einem Ausführungsbeispiel so mit dem Schmiermittel beispielsweise getränkt sein.
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Bei einem Wälzlager gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der wenigstens eine poröse Körper ferner ausgebildet sein, um bei einem Stillstand des zweiten Wälzlagerrings (180) sich sammelndes Schmiermittel aufzunehmen. Hierdurch kann es möglich sein, die Anforderungen an die Dichtung gegebenenfalls weiter zu reduzieren, da sich bei einem Stillstand des Wälzlagers in diesem sammelndes Schmiermittels wieder in dem wenigstens einen porösen Körper aufgenommen wird. Dieses steht dann nicht mehr oder zumindest nicht mehr vollständig als Flüssigkeit zwischen den Wälzlagerringen, sodass es daher gegebenenfalls das Wälzlager über eine Dichtung verlassen kann. Der wenigstens eine poröse Körper ist auch hier typischerweise offenporig oder gemischtporig ausgestaltet, um entsprechend auch eine Aufnahme des sich sammelnden Schmiermittels zu ermöglichen. Hierbei können der oder die porösen Körper das sich sammelnde Schmiermittel beispielsweise durch Kapillarkräfte oder andere wirkende Kräfte aufnehmen bzw. aufsaugen.
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Bei einem Wälzlager gemäß einem Ausführungsbeispiel kann eine maximale Aufnahmemenge aller porösen Körper des Wälzlagers eine Gesamtfüllmenge des Wälzlagers mit dem Schmiermittel übersteigen. Hierdurch kann es möglich sein, das Schmiermittel vollständig, nahezu vollständig oder größten Teils während des Stillstands des Wälzlagers in die porösen Körper aufzusaugen. Die Gesamtfüllmenge des Schmiermittels stellt hierbei typischerweise die gesamte im Wälzlager enthaltene bzw. die gesamte im Wälzlager umfasste Schmiermittelmenge dar.
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Bei einem Wälzlager gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der wenigstens eine poröse Körper mit dem zweiten Wälzlagerring mittelbar oder unmittelbar durch eine kraftschlüssige Verbindung, beispielsweise eine Presspassung, durch eine formschlüssige Verbindung, beispielsweise durch in eine Passverzahnung, oder durch eine stoffschlüssige Verbindung, beispielsweise durch eine Verklebung oder eine Verschweißung, mechanisch gekoppelt sein. So kann es bei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen oder aber auch Ausführungsbeispielen mit mehr als einem porösen Körper möglich sein, den porösen Körper oder die porösen Körper mit Hilfe unterschiedlicher Verbindungstechniken mit dem zweiten Wälzlagerring zu koppeln. Hierbei kann die mechanische Kopplung unmittelbar, also beispielsweise durch eine entsprechende kraftschlüssige, formschlüssige oder stoffschlüssige Verbindung mit diesem, erfolgen, sie kann jedoch auch mittelbar, also für ein anderes Bauteil, erfolgen. In einem solchen Fall kann der poröse Körper mit dem betreffenden weiteren Bauteil gegebenenfalls wiederum über eine kraftschlüssige, formschlüssige und/oder stoffschlüssige Verbindung mechanisch verbunden bzw. gekoppelt sein.
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Hierbei kommt eine kraftschlüssige Verbindung durch Haftreibung, eine stoffschlüssige Verbindung durch molekulare oder atomare Wechselwirkungen und Kräfte und eine formschlüssige Verbindung durch geometrische Verbindung der betreffenden Verbindungspartner zustande. Die genaue Ausgestaltung der implementierten Verbindungstechniken kann hierbei von einer Vielzahl von Parametern, zu denen unter anderem die Materialwahl der Wälzlagerringe, des oder der porösen Körper, einer gegebenenfalls implementierten Dichtung, des betreffenden Schmiermittels und/oder anderer Komponenten, etwas den Wälzkörpern und einen gegebenenfalls implementierten Käfig umfassen.
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Bei einem Wälzlager gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei dem das Schmiermittel ein Öl ist, kann und der wenigstens eine poröse Körper aus einem ölbeständigen und bis wenigstens 75°C temperaturbeständigen Material gefertigt sein, das beispielsweise Polyamid, Polycarbonat, Polystyrol, Polyurethan oder Styrol-Acrylnitril-Copolymerisat umfasst. Hierdurch ist es möglich, vergleichsweise einfach herzustellende und dennoch den Betriebsbedingungen anpassbare bzw. angepasste poröse Körper einzusetzen. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann es sich anbieten, gegebenenfalls auch höhertemperaturbeständige Materialien einzusetzen, die beispielsweise bis wenigstens 90°C temperaturbeständig, bis wenigstens 100°C temperaturbeständig, bis wenigstens 110°C temperaturbeständig oder bis wenigstens 120°C temperaturbeständig sind. Hierbei sind nicht zuletzt wiederum auch ein geplanter Einsatzort und die dort herrschenden Betriebsbedingungen relevant.
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Bei einem Wälzlager gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Schmiermittel eine Flüssigkeit sein. Das Wälzlager kann eine Dichtung aufweisen, die bei einem Stillstand des zweiten Wälzlagerrings bezogen auf den ersten Wälzlagerring flüssigkeitsdurchlässig ist. Hierdurch ist es möglich, eine eingesetzte Dichttechnik gegenüber einer konventionellen, für ein flüssiges Schmiermittel notwendigen Dichtungstechnik zu vereinfachen. So kann es sich bei der Dichtung beispielsweise um eine Radialwellendichtung oder eine Spaltdichtung handeln.
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Bei einem solchen Wälzlager gemäß einem Ausführungsbeispiel kann wenigstens einer des wenigstens einen porösen Körper an die Dichtung angrenzen, ein Teil der Dichtung sein oder die Dichtung diesen umfassen. Hierdurch kann es möglich sein, eine Montage bzw. eine Wartung des Wälzlager dadurch zu vereinfachen, dass der wenigstens eine poröse Körper als Teil der Dichtung bzw. in dieser umfasst ausgeführt ist, sodass dieser zusammen mit der Dichtung getauscht und/oder eingebaut werden kann. Ergänzend oder alternativ kann die Anordnung des wenigstens einen porösen Körpers an der Dichtung eine Entlastung der Dichtung ermöglichen, da der wenigstens eine poröse Körper eine Aufnahme des Schmiermittels unmittelbar in dem Bereich ermöglicht, in dem dieses gegebenenfalls sonst das Wälzlager durch die Dichtung verlassen könnte. Anders ausgedrückt kann der wenigstens eine poröse Körper die Dichtwirkung der Dichtung an dieser Stelle gegebenenfalls unterstützen.
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Bei einem Wälzlager gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Wälzlager mehrreihig mit einer ersten und einer zweiten Reihe von Wälzkörpern ausgeführt sein. Hierbei kann der poröse Körper zwischen der ersten und der zweiten Reihe von Wälzkörpern angeordnet sein. Alternativ kann, wenn das Wälzlager bereits einen porösen Körper aufweist, der an eine Dichtung angrenzt, ein Teil der Dichtung ist oder die Dichtung den porösen Körper umfasst, das Wälzlager auch einen weiteren porösen Körper aufweisen, der zwischen der ersten und der zweiten Reihe von Wälzkörpern angeordnet ist. Hierdurch kann es möglich sein, einen Raum zwischen den beiden Reihen von Wälzkörpern zur Aufnahme des Schmiermittels zu nutzen. Ebenso kann hierdurch gegebenenfalls ein freies Lagervolumen reduziert werden, welches gerade bei mehrreihigen Wälzlagern gegebenenfalls größer ist als bei einreihigen Wälzlagern.
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Bei einem Wälzlager gemäß einem Ausführungsbeispiel kann es sich um ein Radlager, für ein Kraftfahrzeug, beispielsweise ein Personenkraftfahrzeug oder ein Lastkraftfahrzeug, handeln. Ausführungsbeispiele von Wälzlagern können so beispielsweise auch die Verwendung eines flüssigen Schmiermittels in hochbelasteten Umgebungen, wie etwa dem Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs, implementiert werden.
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Bei einem Wälzlager gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der poröse Körper oder, wenn das Wälzlager mehr als einen porösen Körper aufweist, die porösen Körper ein freies Lagervolumen auf höchstens 25% eines freien Vergleichslagervolumens reduzieren, das dem freien Lagervolumen des Wälzlagers ohne den wenigstens einen porösen Körper entspricht. Durch den Einsatz eines oder mehrerer poröser Körper kann so das freie Lagervolumen derart reduziert werden, dass aufgrund von Temperaturschwankungen oder anderen, den Druck im Inneren des Wälzlagers beeinflussenden Faktoren, eine Menge des im Wälzlager eingeschlossenen Gases (z. B. Luft) reduziert werden kann, sodass eine Belastung einer gegebenenfalls implementierten Dichtung durch einströmendes oder ausströmendes Gas reduziert werden kann. Hierdurch kann es gegebenenfalls möglich sein, aufgrund mechanischer Beeinflussungen der Dichtungen einen Verschleiß der Dichtung zu reduzieren und/oder einen Eintrag von Feuchtigkeit, Wasser oder Verunreinigungen in das Lager zu reduzieren.
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Bei Ausführungsbeispielen eines Wälzlagers kann der wenigstens eine poröse Körper im Wesentlichen nicht komprimierbar, also im Wesentlichen inkompressibel sein. Hierdurch kann gegebenenfalls eine mechanische Stabilität des porösen Körpers verbessert werden, sodass dieser beispielsweise im Rahmen der Dichtung oder einer anderen Struktur oder Funktion einsetzbar ist. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann es jedoch gegebenenfalls ratsam sein, einen komprimierbaren porösen Körper vorzusehen, um beispielsweise Längenausdehnung und/oder Verschiebungen kompensierbar zu machen.
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Nachfolgend werden unten Bezugnahme auf die beigefügten Figuren Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung näher erläutert und beschrieben.
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1 zeigt eine Querschnittsdarstellung durch ein Wälzlager gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung werden zusammenfassende Bezugszeichen für Objekte, Strukturen und andere Komponenten verwendet werden, wenn die betreffende Komponente an sich oder mehrerer entsprechende Komponenten innerhalb eines Ausführungsbeispiels oder innerhalb mehrerer Ausführungsbeispiele beschrieben werden. Passagen der Beschreibung, die sich auf eine Komponente beziehen, sind daher auch auf andere Komponenten in anderen Ausführungsbeispielen übertragbar, soweit dies nicht explizit ausgeschlossen ist oder sich dies aus dem Zusammenhang ergibt. Werden einzelne Komponenten bezeichnet, werden individuelle Bezugszeichen verwendet, die auf den entsprechenden zusammenfassenden Bezugszeichen basieren. Bei der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen bezeichnen daher gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.
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Komponenten, die mehrfach in einem Ausführungsbeispiel oder in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen auftreten, können hierbei bezüglich einiger ihrer technischen Parameter identisch und/oder unterschiedlich ausgeführt oder implementiert werden. Es ist so beispielsweise möglich, dass mehrere Objekte innerhalb eines Ausführungsbeispiels bezüglich eines Parameters identisch, bezüglich eines anderen Parameters jedoch unterschiedlich implementiert sein können.
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Wie eingangs bereits erläutert wurde, werden Wälzlager in vielen Bereichen der Technik eingesetzt. Bei vielen dieser Einsatzgebiete werden abgedichtete Lagereinheiten verwendet, bei denen das zur Schmierung notwendige Schmiermittel bereits in die Lagereinheit bzw. das Wälzlager eingebracht ist. Um ein Austreten des Schmiermittels zu unterbinden, weisen die entsprechenden Wälzlager typischerweise entsprechende Dichtungen auf.
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Hierbei wird bei konventionellen Wälzlagern die Schmierung von abgedichteten Lagereinheiten durch eine Fettschmierung gewährleistet. Das Fett wird im Inneren der Lagereinheit gehalten. Ein Fettaustritt wird durch die bereits genannten Dichtungen verhindert.
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Fett wird hierbei häufig als Schmierstoff anstelle von Öl gewählt, da dies einfacher gegen einen Austritt oder eine Leckage abgedichtet werden kann. Hierbei ist häufig auch bei einer Fettschmierung das im Fett gebundene Öl für die Schmierung zuständig. Dieses Öl wird vom Fett unter Druck und Walkarbeit gelöst und dient dann der Schmierung der Kontaktflächen, also beispielsweise der Laufbahnen der Wälzlagerringe und der entsprechenden Abrollflächen der Wälzkörper.
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Obwohl sich relativ viel Fett in einer Lagereinheit oder einem Wälzlager befindet, wird prinzipbedingt jedoch bei einer Fettschmierung nur ein kleiner Teil für die eigentliche Schmierung herangezogen. Es handelt sich bei diesem Teil des Fetts um denjenigen, der sich in der Nähe der Kontaktflächen bzw. Kontaktzonen befindet. Der Rest des Fetts bleibt passiv und ungenutzt in Bereichen, die von den belasteten bzw. arbeitenden Kontaktflächen entfernt sind.
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Bei einem solchen konventionellen Wälzlager ist es Zeit, im Rahmen einer Wartung einen Fettwechsel oder Schmierstoffwechsel durchzuführen, wenn die betreffende, relativ geringe Fettmenge im Bereich der Kontaktflächen „ausgeblutet“ ist, also ihr ganzes Öl an die Kontaktflächen abgegeben hat. Fett ist ebenfalls kaum in der Lage, Öl, das aus dem Fett gelöst wurde, wieder in dieses aufzunehmen.
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1 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Wälzlagers 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei dem es sich genauer gesagt um ein Radlager 110 eines Kraftfahrzeugs, also beispielsweise eines Personenkraftfahrzeugs oder eines Lastkraftfahrzeugs handelt. Synonym wird für ein solches Wälzlager auch der Begriff „Lagereinheit“ verwendet. 1 zeigt hierbei genauer gesagt, bezogen auf eine Symmetrielinie 120, eine untere Hälfte des Wälzlagers 100. Die Symmetrielinie 120 erstreckt sich hierbei entlang einer axialen Richtung durch das Wälzlager 100.
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Senkrecht zu der axialen Richtung erstreckt sich aus der in 1 gezeigten Zeichenebene heraus ein erster Wälzlagerring 130. Der erste Wälzlagerring 130 ist hierbei vorgesehen, um mit einem stehenden Bauteil mechanisch verbindbar zu sein. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel eines Wälzlagers 100 handelt es sich hierbei genauer gesagt um einen zweiteilig ausgeführten Innenring 140, der die beiden Teilinnenringe 150-1 und 150-2 umfasst. Die beiden Teilinnenringe 150 sind hierbei durch eine Klammerhülse 160 zusammengehalten, die in symmetrisch angebrachte und ausgestaltete Haltestrukturen 170-1 und 170-2 der beiden Teilinnenringe 150-1 bzw. 150-2 eingreift und so die beiden Teilinnenringe 150 miteinander verbindet. Als Haltestrukturen 170 können beispielsweise Ausnehmungen, Vertiefungen, Nute, Bohrungen oder andere mechanische Elemente verwendet werden, die beispielsweise ein Hintergreifen ermöglichen.
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Das Wälzlager 100 bzw. das Radlager 110 umfasst ferner einen zweiten Wälzlagerring 180, der vorgesehen ist, um mit einem drehenden Bauteil mechanisch verbindbar zu sein. Da es sich bei dem Wälzlager 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel, wie es in 1 gezeigt ist, um ein Radlager 110 handelt, ist der zweite Wälzlagerring 180 hier als gemeinsamer Außenring 190 ausgeführt. Der Außenring 190 ist hierbei vorgesehen, um mit einem Radträger mechanisch gekoppelt zu werden, sodass der Außenring 190 sich gegenüber dem Rest des Fahrzeugs dreht. Im Unterschied hierzu dient der Innenring 140 zur Befestigung mit den nicht rotierenden bzw. sich nicht drehenden Teilen der Fahrwerksaufhängung. Dieser steht also.
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Zwischen dem Innenring 140 und dem Außenring 190 sind bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Reihen 200-1, 200-2 von Wälzkörpern 210 angeordnet, bei denen es sich um kegelförmige bzw. kegelstumpfförmige Wälzkörper 210 handelt. Die Wälzkörper 210 werden hierbei jeweils von einem Käfig 220-1 bzw. 220-2 auf Abstand gehalten und geführt.
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Das Wälzlager 110 gemäß einem Ausführungsbeispiel, wie es in 1 gezeigt ist, weist ferner einen porösen Körper 230-1 auf, der zwischen dem ersten Wälzlagerring 130 und dem zweiten Wälzlagerring 180 angeordnet ist. Der poröse Körper 230-1 ist hierbei derart angeordnet und ausgebildet, dass dieser ein Schmiermittel aufzunehmen vermag. So ist in 1 schematisch ein Schmiermittelspiegel 240 schematisch eingezeichnet, der einen Schmiermittelstand nach einem Anhalten des Außenrings 190 bzw. des zweiten Wälzlagerrings 180 schematisch bzw. bildhaft andeutet.
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Der poröse Körper 230-1 ist hierbei mittelbar über eine Dichtung 250-1 mit dem zweiten Wälzlagerring 180, also dem Außenring 190, derart mechanisch gekoppelt, dass sich der poröse Körper 230-1 bei einer Drehung des zweiten Wälzlagerrings 180 im Wesentlichen mit diesem mit dreht. Der poröse Körper 230-1 ist genauer gesagt in der Dichtung 250-1 angeordnet. Hierdurch werden auf den porösen Körper 230-1 und das in diesem aufgenommene Schmiermittel eine Zentrifugalkraft während der Drehgeschwindigkeit einwirken, die dazu führt, dass das Schmiermittel bzw. eine Menge desselben abgegeben wird. Während der Drehung des Wälzlagers 100 bzw. des Radlagers 110 wird das Schmiermittel dann im Bereich des Wälzlagers 100 so verteilt, dass dieses mit den Laufbahnen des ersten bzw. zweiten Wälzlagerrings 130, 180 und den zugehörigen Wälzkörpern 210 in Kontakt kommt und die Schmierung derselben ermöglicht.
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Wird nun die Drehung des Rads gestoppt, also die Drehung des zweiten Wälzlagerrings 180 gegenüber dem ersten Wälzlagerring 130 derart unterbunden, dass der zweite Wälzlagerring 180 deutlich verlangsamt wird bzw. zum Stillstand kommt, stellt sich der durch den bildhaften Schmiermittelspiegel 240 angedeutete Schmiermittelspiegel ein. Da nun der poröse Körper 230-1 ferner derart ausgebildet ist, dass dieser bei einem Stillstand des zweiten Wälzlagerrings 180 bzw. bei einer Reduzierung seiner Drehgeschwindigkeit sich sammelndes Schmiermittel aufnehmen kann, wird das Schmiermittel beispielsweise aufgrund von Kapillareffekten in den porösen Körper 230-1 aufgenommen bzw. in diesen aufgesaugt. Hierdurch wird im Fall eines flüssigen Schmiermittels dieses aus dem freien Lagervolumen in den porösen Körper 230-1 zumindest teilweise aufgesogen. Das freie Lagervolumen ist hierbei das Volumen, welches im Falle eines vollständig zusammengebauten Wälzlagers 100, allerdings ohne eine Befüllung mit dem Schmiermittel, ergibt, wobei eine Aufnahmemenge des porösen Körpers 230-1 für das Schmiermittel unberücksichtigt bleibt.
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Hierdurch ist es möglich, die Dichtung 250-1 auch im Falle der Verwendung eines flüssigen Schmiermittels eine solche Dichtung einzusetzen, die bei einem Stillstand des zweiten Wälzlagerrings 180 bezogen auf den ersten Wälzlagerring 130 flüssigkeitsdurchlässig sein kann. Es kann sich also beispielsweise um eine Radialwellendichtung oder eine Spaltdichtung handeln.
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1 zeigt hierbei ein Ausführungsbeispiel eines Wälzlagers 100, bei dem die Dichtung 250-1 als berührende Dichtung ausgeführt ist. So weist diese eine Dichtlippe 260 auf, die mit dem ersten Wälzlagerring 130 bzw. dem Teilinnenring 150-1 berührend in Kontakt steht. Die Dichtung 250-1 ist mit dem zweiten Wälzlagerring 180 derart mechanisch verbunden, dass bei einer Bewegung bzw. Drehung des zweiten Wälzlagerrings 180 sich diese mit ihm mit dreht. Da auch der poröse Körper 230-1 mit der Dichtung 250-1 mechanisch verbunden bzw. in dieser befestigt ist, dreht auch diese sich im Falle einer Drehung des zweiten Wälzlagerrings 180 mit diesem mit. Der poröse Körper 230-1 ist daher mittelbar über die Dichtung 250-1 mit dem zweiten Wälzlagerring 180, also dem Außenring 190, verbunden.
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Das Wälzlager 100 weist ferner einen weiteren porösen Körper 270 auf, der zwischen den beiden Reihen 200-1, 200-2 von Wälzkörpern 210 angeordnet ist. Anders ausgedrückt ist der weitere poröse Körper 270 gerade in einem Bereich angeordnet, in dem die beiden Teilinnenringe 150-1 und 150-2 einander berühren. Auch der weitere poröse Körper 270 ist mit dem zweiten Wälzlagerring 180, also bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel mit dem Außenring 190 mechanisch gekoppelt und an diesem befestigt. Hierdurch wird auch in diesem aufgenommenes Schmiermittel aufgrund einwirkender Zentrifugalkräfte bei einer Drehung des zweiten Wälzlagerrings 180 aus diesem gefördert und steht der Laufbahn der Wälzlagerringe 130, 180 und den Wälzkörpern 210 entsprechend zur Verfügung.
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Darüber hinaus weist das Wälzlager 100 in 1 ferner einen zweiten porösen Körper 230-2 auf, der zusammen mit einer entsprechenden zweiten Dichtung 250-2 spiegelsymmetrisch zu dem porösen Körper 230-1 und der entsprechenden Dichtung 250-1 angeordnet und ausgebildet ist.
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Auch im Bereich des weiteren porösen Körpers 270 ist schematisch ein Schmiermittelspiegel 280 eingezeichnet, der sich beispielsweise bei einem Stillstand des zweiten Wälzlagerrings 180 gegenüber dem ersten Wälzlagerring 130 zumindest kurzzeitig einstellen kann, bevor der entsprechende weitere poröse Körper 270 das Schmiermittel aufsaugt. Lediglich der Vollständigkeit halber bietet es sich an, an dieser Stelle darauf hinzuweisen, dass die in 1 eingezeichneten Schmiermittelspiegel 240, 280 lediglich bildhaft zu verstehen sind. So können sich bei konkreten Ausführungsbeispielen bei einem Stillstand des zweiten Wälzlagerrings 180 je nach verwendetem Schmiermittel, Dauer des Betriebs und anderen Herstellungs-, Alterungs- und betriebsabhängigen Parametern unterschiedliche Schmiermittelspiegel einstellen. Die Schmiermittelspiegel 240, 280 beziehen sich hierbei auf die entlang der Gravitation gesehenen unteren Seite des entsprechenden Wälzlagers 100. An anderen Stellen entlang des Umfangs des entsprechenden Wälzlagers 100 können daher andere Schmiermittelspiegel vorliegen.
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Die porösen Körper 230, 270 sind, wie die Beschreibung zuvor gezeigt hat, ausgebildet, um Schmiermittel aufzunehmen und im Fall einer Drehung des zweiten Wälzlagerrings 180 durch Zentrifugalkräfte oder andere auf das Schmiermittel einwirkende Kräfte wieder abzugeben. Aus diesem Grund kann es ratsam sein, die porösen Körper 230, 270 als offenporige oder wenigstens gemischtporige Körper auszubilden, um eine möglichst große Menge des Schmiermittels in den betreffenden porösen Körpern aufzunehmen. So kann es bei Ausführungsbeispielen ratsam sein, eine maximale Aufnahmemenge aller porösen Körper 230, 270 des Wälzlagers 110 derart auszugestalten, dass dies eine Gesamtfüllmenge des Schmiermittels in dem Wälzlager 100 übersteigt. Die Gesamtfüllmenge des Schmiermittels des Wälzlagers ist hierbei die gesamt im Wälzlager 100 enthaltende bzw. in diesem umfasste Schmiermittelmenge. Hierdurch kann die Dichtwirkung der Dichtungen 250 gegebenenfalls dadurch unterstützt werden, dass im Fall eines flüssigen Schmiermittels auch eine während des Stillstands des Wälzlagers 100 flüssigkeitsdurchlässige Dichtung 250 verwendet werden kann. Diese sind häufig deutlich weniger aufwendig in der Fertigung und damit in der Herstellung als vergleichbar flüssigkeitsdichte Dichtungen, die bei konventionellen Wälzlagern mit einer konventionellen Ölschmierung ratsam sind.
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Die porösen Körper 230, 270, die auch als „schwammartig“ bezeichnet werden können, können mit dem zweiten Wälzlagerring 180 mittelbar oder unmittelbar durch eine kraftschlüssige, formschlüssige oder stoffschlüssige Verbindung mechanisch gekoppelt werden. Im Falle einer kraftschlüssigen Verbindung kann so ein entsprechender poröser Körper 230, 270 bzw. beispielsweise die zugehörige Dichtung 250 in den zweiten Wälzlagerring 180 (im Falle eines Außenrings 190) oder bei einem anderen Ausführungsbeispiel auf den zweiten Wälzlagerring 180 im Falle eines Innenrings aufgepresst werden. Es liegt also in einem solchen Fall eine Presspassung vor. Ebenso kann der oder die porösen Körper 230, 270 auch durch eine formschlüssige Verbindung, also beispielsweise eine Passverzahnung oder eine Nase/Vertiefung, erfolgen. Ebenso kann eine stoffschlüssige Verbindung, beispielsweise eine Verklebung oder eine Verschweißung, zur mechanischen Kopplung der betreffenden Komponenten herangezogen werden. Hierbei kann je nach verwendeten Materialien, Betriebsbedingungen und anderen Parametern eine Verbindungstechnik besser geeignet sein als eine andere.
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Die porösen Körper 230, 270 können, wenn das Schmiermittel ein Öl ist, beispielsweise aus einem ölbeständigen und bis wenigstens 75°C temperaturbeständigen Material gefertigt sein, wie beispielsweise Materialliste. Hierdurch können Ausführungsbeispiele eines Wälzlagers 100 auch in einem breiten Anwendungsspektrum eingesetzt werden. Selbstverständlich können andere Ausführungsbeispiele auch eine höhere Temperaturbeständigkeit aufweist, beispielsweise bis wenigstens 90°C, bis wenigstens 100°C, bis wenigstens 110°C oder bis wenigstens 120°C. Je nach konkret geforderter Temperaturbeständigkeit können hierbei einzelne Materialien geeigneter sein als andere Materialien. Neben den zuvor genannten Kunststoffen können grundsätzlich auch noch andere Materialien gegebenenfalls verwendbar sein.
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Das Material des oder der porösen Körper 230, 270 bzw. die entsprechenden porösen Körper selbst können hierbei aus einem nicht komprimierbaren Material gefertigt sein oder eine entsprechende Struktur aufweisen. Es kann jedoch durchaus Anwendungsgebiete bzw. Ausführungsbeispiele geben, in denen eine entsprechende Komprimierbarkeit sinnvoll und daher ratsam sein kann. Ein solcher Fall kann beispielsweise vorliegen, wenn aufgrund der Betriebsbedingungen der oder die porösen Körper gegebenenfalls gestaucht oder gepresst werden könnten.
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Ein Wälzlager 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel kann beispielsweise im Rahmen der Herstellung oder im Rahmen einer Wartung mit einem oder mehreren mit dem Schmiermittel getränkten porösen Körpern 230, 270 bestückt werden. Hierdurch kann gegebenenfalls eine separate Befüllung des Wälzlagers 100 vermieden werden, was gegebenenfalls zu einer Vereinfachung der Herstellung und/oder der Wartung führen kann.
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Auch wenn Ausführungsbeispiele zuvor im Wesentlichen im Zusammenhang mit flüssigen Schmiermitteln, also beispielsweise Ölen, synthetischen Ölen oder mineralischen Ölen beschrieben wurden, können selbstverständlich auch andere flüssige Schmiermittel, beispielsweise Suspension, als solche verwendet werden. Grundsätzlich können aber auch Fette und andere höherviskose Schmiermittel zum Einsatz kommen. Die Begriffe Schmiermittel und Schmierstoff können daher im Rahmen der vorliegenden Beschreibung synonym verwendet werden.
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Weitere Ausführungsbeispiele eines Wälzlagers 100 können von dem in 1 gezeigten durch eine Vielzahl von Optionen abweichen. So sind beispielsweise Ausführungsbeispiele eines Wälzlagers 100 festgelegt, wie dies in 1 gezeigt ist. So kann beispielsweise anstelle der symmetrischen Anordnung der porösen Körper 230-1 und 230-2 und den zugehörigen Dichtungen 250-1 und 250-2 unterschiedliche Ausgestaltungen von Dichtungen 250 und/oder porösen Körpern 230 zum Einsatz kommen. Ebenso ist es bei weitem nicht notwendig, überhaupt einen entsprechenden zweiten porösen Körper 230-2 und/oder eine zweite Dichtung 250-2 zu implementieren. So kann bei anderen Ausführungsbeispielen auch der zweite poröse Körper 230-2 und/oder die zweite Dichtung 250-2 entfallen.
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Auch kann der weitere poröse Körper 270 bei anderen Ausführungsbeispielen gegebenenfalls nicht mit implementiert werden. Wiederum bei anderen Ausführungsbeispielen ist es auch möglich, dass dieser, jedoch keiner der weiteren porösen Körper 230 implementiert wird.
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Ebenso sind Wälzlager 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel nicht auf die in 1 gezeigte Form eines zweireihigen Kegelrollenlagers beschränkt. So können Ausführungsbeispiele eines Wälzlagers 100 auch mit anderen Wälzkörpergeometrien, beispielsweise zylinderförmigen, nadelförmigen, kugelförmigen oder tonnenförmigen Wälzkörpern implementiert werden. Auch die Zahl der Reihen 200 von Wälzkörpern 210 kann bei anderen Ausführungsbeispielen abweichen. So können beispielsweise auch einreihige Wälzlager 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel implementiert werden. Gleiches gilt ebenso für Wälzlager mit mehr als zwei Reihen.
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Auch im Hinblick auf die genauen Ausführungen der Wälzlagergeometrien sind Ausführungsbeispiele nicht auf das in 1 gezeigte Wälzlager 100 beschränkt. So können grundsätzlich alle Wälzlager, beispielsweise Rillenkugellager, Schrägkugellager, Vierpunktlager, Schulterkugellager, Pendelkugellager, Zylinderrollenlager, Nadellager sowie Tonnen- und Pendelrollenlager gemäß einem Ausführungsbeispiel implementiert werden.
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Bei einem Ausführungsbeispiel eines Wälzlagers 100 kann so beispielsweise ein schwammartiger Stoffkörper (poröser Körper 230, 270) auf der oder an der drehenden Komponente, also dem zweiten Wälzlagerring 180, befestigt sein, der optional mit dem Schmiermittel, also beispielsweise einem Schmieröl, getränkt ist. Der oder die porösen Körper 230, 270 können hierbei so geformt sein, dass diese mit der stehenden Komponente, also dem ersten Wälzlagerring 130, in Kontakt steht bzw. diese leicht berührt. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann ebenso ein Abstand zwischen dem porösen Körper 230, 270 vorgesehen sein, der so bemessen ist, dass der poröse Körper 230, 270 nahezu mit dem ersten Wälzlager 130 in Kontakt steht, also diesem sehr nahe kommt. Je nach Ausführungsbeispiel kann so beispielsweise ein Abstand von weniger als 5 mm, von weniger als 2 mm oder von weniger als 1 mm verwendet werden.
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Wie zuvor erläutert wurde, besteht die Aufgabe des oder der porösen Körper 230, 270 darin, bei einem Stillstand des Wälzlagers 100 durch ihre poröse Struktur das sich sammelnde Schmieröl aufzusaugen. Hierbei ähnelt die Funktion und gegebenenfalls auch die Struktur der betreffenden porösen Körper 230, 270 etwa der eines Zuckerwürfels oder eines Sandwürfels. Je nach konkreter Ausgestaltung eines Ausführungsbeispiels kann ferner eine Aufgabe des porösen Körpers 230, 270 darin bestehen, bei einer Drehung des ersten Wälzlagerrings 130 das zuvor gesammelte oder auch das in den porösen Körper aufgenommene Schmieröl unter dem Einfluss der Fliehkraft wieder abzugeben, also abzuschleudern. Bei einem Wälzlager 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel kann gegebenenfalls ein flüssiges Schmiermittel eingesetzt werden, ohne jedoch auf aufwendige, flüssigkeitsundurchlässige Dichtungen zurückzugreifen.
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Durch den schwammartigen oder porösen Körper 230, 270 kann daher gegebenen-falls gewährleistet werden, dass Schmiermittel (z. B. Öl) nur bei Drehung abgegeben wird und so nur dann „frei“ zirkuliert, wenn es während der Drehung gebraucht wird. Die Dichtungen 250 brauchen daher gegebenenfalls das Wälzlager 100 nicht gegenüber einem Austritt des „stehenden“ Öls abzudichten. Das Wälzlager 100 kann daher so abgedichtet werden, als wäre es fettgeschmiert. Da der oder die porösen Körper 230, 270 das Schmiermittel bei Stillstand bzw. sehr geringen Drehzahlen wieder „aufsaugt“, wird so eine Art Fett mit der Möglichkeit der Regenerierung simuliert, bei der das Öl also wieder vom Fett aufgenommen werden kann. Ein poröser, schwammartiger Ölspeicher für eine abgedichtete Lagereinheit kann jedoch nicht nur gegebenenfalls die Schmierung einer solchen verbessern, sondern gegebenenfalls auch Druckschwankungen im Inneren besser kompensierbar oder beherrschbar machen, wobei die Druckschwankungen durch temperaturbedingte Veränderungen des Luftvolumens bzw. der Luftdichte hervorgerufen werden können. So befindet sich bei konventionellen Lagereinheiten eine mehr oder weniger große Luftmenge im Inneren derselben, die sich bei Erwärmung der Lagereinheit ausdehnt. Diese Ausdehnung erzeugt einen Überdruck der je nach Dichtungsdesign entweder den Druck auf die Dichtlippe und damit die Reibung sowie den Verschleiß erhöht oder die Dichtlippe von dem zu dichtenden Bauteil abhebt und die Dichtung daher öffnet. Durch dieses Öffnen kann dann die Luft aus dem Inneren der Lagereinheit gelangen.
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Erkaltet bei einer konventionellen Lagereinheit die Luft im Inneren derselben wieder, kann es dazu kommen, dass die Dichtlippe auf ihre Gegenfläche, also die Dichtfläche, gepresst wird. Als Folge können Reibung und Verschleiß wiederum zunehmen. Beim Öffnen der Dichtung, also dem Auslassen der Luft aus der konventionellen Lagereinheit, besteht ferner die Gefahr, dass das Schmiermittel an die Umgebung abgegeben wird. Beim Abkühlen der Luft, wenn also Luft von außen wiederum in die Lagereinheit einströmt, kann dagegen Feuchtigkeit und/oder Wasser in diese eindringen.
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Ein Ausführungsbeispiel eines Wälzlagers 100 kann gegebenenfalls auch diesen Gefahren bzw. Problemen entgegenwirken, indem der oder die porösen Körper 230, 270 das freie Lagervolumen bezogen auf ein freies Vergleichslagervolumen reduziert. Durch die Reduzierung des freien Lagervolumens, das auch als Lagerfreiraum bezeichnet wird, steht im Inneren des Wälzlagers 100 im Vergleich zu einem konventionellen Wälzlager eine geringere Luftmenge zur Verfügung, die sich ausdehnen kann. Daher kann gegebenenfalls das Problem des sich aufgrund von Temperaturschwankungen oder anderen Betriebsbedingungen ergebenden Über- bzw. Unterdrucks in dem Wälzlager 100 gelöst, zumindest jedoch entschärft oder reduziert werden. So kann auch die Belastung der Dichtlippe oder der Dichtlippen 260 entsprechend reduziert und der zugehörige Über- bzw. Unterdruck reduziert werden.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung von Ausführungsbeispielen in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein und – soweit sich nicht aus der Beschreibung etwas anderes ergibt – beliebig miteinander kombiniert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Wälzlager
- 110
- Radlager
- 120
- Symmetrielinie
- 130
- erster Wälzlagerring
- 140
- Innenring
- 150
- Teilinnenring
- 160
- Klammerhülse
- 170
- Haltestruktur
- 180
- zweiter Wälzlagerring
- 190
- Außenring
- 200
- Reihe von Wälzkörpern
- 210
- Wälzkörper
- 220
- Käfig
- 230
- poröser Körper
- 240
- Schmiermittelspiegel
- 250
- Dichtung
- 260
- Dichtlippe
- 270
- weiterer poröser Körper
- 280
- Schmiermittelspiegel