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DE69408410T2 - Wälzlager mit Speichermatrix mit Öl - Google Patents

Wälzlager mit Speichermatrix mit Öl

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DE69408410T2
DE69408410T2 DE69408410T DE69408410T DE69408410T2 DE 69408410 T2 DE69408410 T2 DE 69408410T2 DE 69408410 T DE69408410 T DE 69408410T DE 69408410 T DE69408410 T DE 69408410T DE 69408410 T2 DE69408410 T2 DE 69408410T2
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bearing
matrix
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cage
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DE69408410T
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Bob Carl Klijnveld
George Tin Yau Wan
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SKF Industrial Trading and Development Co BV
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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Wälzlager mit zumindest zwei Lagerringen und Dichtungen zwischen den Lagerringen, die einen Wälzelemente enthaltenden Lagerraum umschließen, einem Käfig und drehbaren Schmiermitteln mit einer porösen Matrix, die Öl enthält und im Inneren des Lagerraumes, der durch die Lagerringe und die Dichtungen begrenzt wird, angeordnet ist.
  • Solch ein Lager ist in "Lubrication Engineering", Seiten 797-798, October 1991, offenbart. Die Matrix besteht aus einem ölgefüllten Polymer, das im Spritzgußverfahren oder von Hand in den offenen Lagerraum eingefüllt und anschließend ausgehärtet ist. Durch das in der Polymermatrix enthaltene Öl wird eine bessere Schmierung der drehenden Elemente erzielt, als es vorher mit Fett geschmierten Lagern möglich war.
  • Weiterhin sind fettgeschmierte Lager bekannt. Die funktionellen Eigenschaften von Fett scheinen der Lagerausführung starke Beschränkungen aufzuerlegen. Beispielsweise wird die Lebensdauer fettgeschmierter Lager reduziert, weil die Fettnutzungsdauer normalerweise viel kürzer ist als die Dauerhaltbarkeit der Lager.
  • Weiterhin führt ein Auffrischen der Schmierung durch Zuführen frischen Fettes zu zusätzlichen Problemen, weil dies eine spezielle Konstruktion des Lagergehäuses erfordert, gealtertes Fett schwer zu entfernen ist und weil nach dem Auffüllen des Fettspeichers zuviel Fett im Lager verbleiben kann, was zu einer erhöhten Reibung und Temperatur führt.
  • Auch haben mechanische Instabilität oder die Walkwirkung des Fettes infolge äußerer Faktoren wie Vibrationen und Stöße und inneren Faktoren wie erreichbarer freier Lagerraum und Geometrie einen starken Einfluß auf innere Lagerreibung und Temperatur.
  • Bei Fettschmierung können befriedigende Betriebsbedingungen nur erhalten werden, wenn sich das Fett selbst von den Wälzelementen löst und eine dauerhafte Unterbringung im Lagerfreiraum findet. Während der der Schmierung folgenden Übergangszeit ist das Fett nicht in einer stabilen Lage und zirkuliert zwischen den Wälzelementen. Dieser Effekt bewirkt einen großen Temperatur- und Reibungsanstieg, typischer Weise mit dem Faktor 2.
  • Das obige Lager nach dem Stand der Technik versucht diese Probleme zu überwinden, indem Öl anstatt Fett als Schmiermittel verwendet wird. Um das Öl in seiner Position zu halten, ist es in der porösen Matrix untergebracht. Aber auch diese Ausführung gibt Anlaß zu Schwierigkeiten. Falls trotz der besseren Schmierung die Temperatur über einen bestimmten Level ansteigt, beginnt die Polymermatrix, die in dichtem Kontakt mit den Laufbahnen oder den Wälzelementen ist, und in diese Elemente infolge ihrer Einfügung in das Lager durch Spritzguß oder von Hand reibend eingreift, sich aufzulösen und dadurch das Lager zu verklemmen.
  • Außerdem erfordert der Schritt des Spritzgießens eine zeitweilige Abdichtung des Lagerraumes; ein vollständiges Auffüllen des Lagers kann in bestimmten Fällen, wie bei einer komplizierten Lagergeometrie, schwierig zu erzielen sein.
  • Das Ziel der Erfindung besteht deshalb darin, ein Lager des obigen Types zu schaffen, das weniger empfindlich in bezug auf Temperaturen ist. Dieses Ziel wird dadurch erreicht, daß die poröse Matrix mit einem drehbaren Lagerelement, wie einem Käfig, einer Dichtung oder einem Lagerring dergestalt verbunden ist, daß sie physikalisch keine der anderen Lagerelemente berührt und keine Reibungskräfte in bezug auf ein solches anderes Lagerelement erzeugt werden, wobei bei Drehung des die Matrix tragenden Lagerelementes das Öl durch die Matrix in radial äußerer Richtung unter dem Einfluß von Zentrifugalkräften umgewälzt wird und jegliche Verunreinigungen, die in dem Öl enthalten sein mögen, ausgefiltert werden.
  • Infolge des nicht vorhandenen Reibkontaktes zwischen Matrix und bewegenden Elementen sind keine zusätzlichen Temperaturanstiege im Betrieb zu erwarten. Das Öl ist in dichter Nähe dieser Elemente enthalten, was eine günstige Schmierung durch Verdampfung von Öl aus der Matrix und Kondensation des Öles auf den Arbeitsflächen garantiert.
  • Zum Beispiel wird etwas von dem in der porösen Matrix aufgenommenen Öl in den Lagerraum als Öldampf gelangen. Durch Zentrifugalkräfte oder durch die Quetschwirkung beim rollenden Kontakt wird sich das Öl verteilen.
  • Teile des (verdampften) Öles kondensieren und legen sich anschließend auf die Lagerflächen. Dadurch wird ein dünner Ölfilm auf den bewegten Teilen geschaffen, der gerade für eine ideale Schmierung ausreicht.
  • Die Verdampfung und Kondensation des Öles bewirkt einen kontinuierlichen Zirkulationsprozeß, der sicherstellt, daß der vollständige in der Matrix verfügbare Ölbetrag zur Schmierung des Lagers verwendet wird. Nach der Kondensation wird das Öl bei diesem Verfahren gefiltert, wenn es unter dem Einfluß der Zentrifugalkräfte durch die Matrix gedrückt wird.
  • Die Matrix kann in den überwiegenden Teil des freien Raumes im Lager eingebracht sein. Das bedeutet, daß im Vergleich zu Fett ein größerer Betrag an Öl im selben Volumen untergebracht sein kann. Weiterhin kann die Matrix entlang der rollenden Elemente angeordnet sein, mit dem Ziel eine zuverlässige Ölversorgung an den mittleren Teil dieser Elemente zu schaffen, was grundsätzlich bei fettgeschmierten Lagern schwierig zu erreichen ist.
  • Eine weitere Folge des größeren im Lager zur Verfügung stehenden Ölbetrages ist die größere Lebensdauer des Lagers. Da die Matrix die Drehbewegung der Lagerelemente nicht beeinträchtigt, findet kein mechanischer Alterungsprozeß (ähnlich der Walkwirkung bei Fett) statt.
  • Die Matrix muß steif genug sein um ihre Form während des Betriebes zu halten, so daß sie nicht in Kontakt mit den drehenden Lagerelementen gerät. Hierzu kann die Matrix Verstärkungsfasern enthalten, um die Steifheit der Matrix zu erhöhen und Deformationen derselben unter Einfluß der Zentrifugalkräfte zu verhindern. Diesbezüglich kann auch eine schwammähnliche Matrix oder eine gitterartige Matrix vorgesehen sein. Bei einem Ausführungsbeispiel besteht die Matrix aus einem Sintermaterial.
  • An ihren den Lageringen und/oder rollenden Elementen zugewandten Teilen kann die Matrix eine relativ niedrige Dichte und an ihren tragenden Teilen eine relativ hohe Dichte aufweisen. Eine solche Ausführung kann beispielsweise in einen durch einen Sinterprozeß erzeugten Lagerkäfig integriert werden.
  • Vorzugsweise enthält die Matrix magnetische Partikel. Ferromagnetische von den Lagerringen stammende oder aus der Umgebung eingedrungene Verschleißteilchen können durch die Magnetkräfte in der porösen Matrix einfach aufgefangen werden. Dadurch wird eine verbesserte Filterkapazität des Öles in dem Lager erhalten.
  • Nachfolgend soll die Erfindung mit Bezug auf verschiedene in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiele erläutert werden.
  • Figur 1 zeigt einen Querschnitt eines ersten Ausführungsbeispieles eines eine ölgefüllte Matrix enthaltenen Lagers.
  • Figur 2 zeigt einen Querschnitt eines zweiten Ausführungsbeispieles.
  • Figur 3 zeigt eine Seitenansicht eines dritten Ausführungsbeispieles.
  • Figur 4 zeigt eine Kegellagereinheit.
  • In Figur 1 ist ein Kugellager dargestellt, das einen Außenring 1, einen Innenring 2 und kugelförmige in dem Raum zwischen den Ringen 1 und 2 untergebrachte Wälzelemente 3 aufweist. Normalerweise sind Dichtungen 4 und 5 vorgesehen. Die Kugeln 3 werden durch eine Käfig 50 zueinander im Abstand gehalten. Dieser Käfig so ist mit Borden 6, 7 versehen, die einen Raum einschließen, in dem eine poröse Matrix 8 enthalten ist. Diese poröse Matrix füllt den Raum zwischen den Kugeln aus, ohne sie zu berühren. Die Matrix enthält in ihren Poren einen Ölbetrag. Der Käfig 15 hat weitere Borde 9, 10 die einen Raum mit einer weiteren porösen Matrix 11 einschließen.
  • Das die Poren in den Matrizen 8, 11 fiillende Öl ist in der Lage, aus den Poren zu verdampfen, beispielsweise, wenn die Lagertemperatur ansteigt. Anschließend kondensiert das verdampfte Öl an den Kugeln 3 und den Laufbahnen der Ringe 1 und 2 und hinterläßt einen dünnen Ölfilm, der sehr zur Schmierung dieser bewegenden Teile geeignet ist.
  • Infolge der Drehung des Käfiges 50 entstehen Zentrifugalkräfte unter deren Einfluß das 1 in Richtung des Außenringes wandert, wie durch die Pfeile 42 angedeutet. Schließlich fließt das Öl an der äußeren Fläche 47 der Matrizen 8, 11 aus und wird anschließend auf der Lauffläche des Außenringes 1 durch Verdampfen oder Abtropfen von der äußeren Fälche 47 angelagert. Auch an der Lauffläche des Innenringes 2 wird Öl angelagert, wenn der komplette Lagerraum 40 mit verdampftem Öl angereichert ist. Der Ölzyklus ist komplettiert, wenn das Öl vom Innenring 2 verdampft oder von ihm abgeschleudert wird und an der Innenfläche 48 der Matrizen 8, 11 zur Wanderung zu den Außenflächen 47 der Matrizen 8, 11 aufgenommen wird. Zur selben Zeit, wenn das Öl durch die Matrix wandert, werden Verunreinigungen des Öles ausgefiltert. Dadurch ist das die Matrix verlassende Öl relativ sauber, was zu einer Verbesserung der Lebensdauer des Lagers führt.
  • Wie Figur 2 zeigt, kann eine poröse Matrix 12 auch an den Dichtringen 5 angebunden werden. Die Form der zu den Kugeln 3 weisenden porösen Matrix 12 ist so zylindrisch, daß die Kugeln die Matrix 12 nicht berühren.
  • Die Wanderung des Öles unter Einfluß der Zentrifugalkräfte wird durch Pfeile 43 angedeutet.
  • Bei dem in Figur 3 gezeigten Ausführungsbeispiel sind Kugeln 13 zwischen einem Außenring 14 und einem Innenring 15 durch einen Käfig 16 aufgenommen. Diese Kugeln werden durch den Käfig zueinander auf Abstand gehalten. In radialer Richtung sind an der Innenseite und der Außenseite des Käfigs 16 poröse Matrizen 17 beziehungsweise 18 vorgesehen. Sie werden sowohl von den Ringen 14 und 15 als auch von den Kugeln 13 zueinander im Abstand gehalten. Die Ölwanderung ist durch Pfeile 44 angedeutet.
  • Die in Figur 4 gezeigte Kegellagereinheit weist zwei Kegellager 19, 20 mit einem gemeinsamen Außenring 21 auf. Verschiedene Innenringe 22 beziehungsweise 23 sind vorgesehen, die einen Ring 24 einschließen. An der Außenseite des Ringes 24 ist eine poröse Matrix 25 vorgesehen. Die poröse Matrix 25 befindet sich in einem Abstand zum Außenring 21 und auch in einem Abstand vom Käfig 26 beziehungsweise 27 der Lager 19 beziehungsweise 20. Weiterhin können die porösen Matrizen 38 mit Dichtringen 38 versehen sein.
  • Es ist ersichtlich, daß diese Käfige 26, 27 selbst auch aus einem porösen Sintermaterial hergestellt sein können. In diesem Fall haben die Käfige selbst matrixhnliche Teile 36, die in ihren Poren Öl enthalten.
  • Die Wanderung des Öles unter dem Einfluß der Zentrifugalkräfte ist in den verschiedenen Teilen durch die Pfeile 45, 46 angedeutet.

Claims (7)

1. Wälzlager mit zumindest zwei Lagerringen (1, 2; 14, 15; 21, 22, 23) und Dichtungen (4, 5) zwischen den Lagerringen, die einen Wälzelemente (3, 13, 41) enthaltenden Lagerraum (40) umschließen, und einen Käfig (50, 16, 36), sowie drehbare Schmiermittel mit einer porösen Matrix (8, 11; 17, 18; 36), die Öl enthalten und im Inneren des Lagerraumes (40), der durch die Lagerringe und die Dichtungen begrenzt wird, angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Matrix (8, 11; 17, 18; 36) mit einem drehbaren Lagerelement, wie einem Käfig (50, 16, 36) einer Dichtung (4, 5) oder einem Lagerring (22, 23, 24) dergestalt verbunden ist, daß es physikalisch keine der anderen Lagerelemente berührt und keine Reibungskräfte in bezug auf ein solches anderes Lagerelement erzeugt werden, wobei bei Drehung des die Matrix tragenden Lagerelementes das Öl durch die Matrix in radial äußerer Richtung unter dem Einfluß von Zentrifugalkräften umgewälzt wird und jegliche Verunreinigungen, die in dem Öl enthalten sein mögen, ausgefiltert werden.
2. Lager nach Anspruch 1, bei dem die Matrix Verstärkungsfasern enthält, um die Steifheit der Matrix zu erhöhen und Deformationen derselben unter dem Einfluß der Zentrifugalkräfte zu verhindern.
3. Lager nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix in den Bereichen, die den Ringen und/oder den Wälzelementen gegenüberliegen, eine relativ geringe Dichte aufweist und an ihren Lagerbereichen, die mit dem Trägerelement verbunden sind, eine relativ hohe Dichte aufweist.
4. Lager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine schwamm-ähnliche Matrix verwendet wird.
5. Lager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine netz-artige Matrix verwendet wird.
6. Lager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Matrix aus einem Sinter-Material besteht.
7. Lager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Matrix magnetische Partikel enthält.
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