DE102006025583A1

DE102006025583A1 - Wälzlager zur Abstützung einer um eine Achse rotierenden Welle

Info

Publication number: DE102006025583A1
Application number: DE102006025583A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl.-Ing. Kubitza; Thomas Dipl.-Ing. Gietl; Norbert Radinger; Klaus Dipl.-Ing. Becker
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-06-01
Filing date: 2006-06-01
Publication date: 2007-12-06

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager (8) zur Abstützung einer um eine Achse (9) rotierenden Welle (4), dessen Innenring und Außenring aus einem Kunststoff hoher Druckfestigkeit bestehen, wobei zwischen beiden in einem Käfig (14) geführte Wälzkörper (15) abrollen. In erfindungsgemäßer Weise ist die Welle (4) über zwei voneinander beabstandete Schrägkugellager (10) mit einem gemeinsamen Außenring (13) und zwei getrennt ausgebildeten Innenringen (12) gehalten, die zueinander in O-Anordnung angestellt sind und in axialer Richtung durch ein Federelement (19) gegeneinander vorgespannt sind.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Wälzlager zur Abstützung einer um eine Achse rotierenden Welle, dessen Innenring und Außenring aus einem Kunststoff hoher Druckfestigkeit bestehen, wobei zwischen beiden in einem Käfig geführte Wälzkörper abrollen.
Hintergrund der Erfindung
Aus der DE 69 01 053 U1 ist ein Wälzlager zur Abstützung rotierender Bauteile mit zwischen zwei Laufringen oder einem Laufring und dem abstützenden Bauteil eingesetzten Wälzkörpern in Form von Kugeln, Rollen oder Nadeln, die vorzugsweise in einem Käfig geführt sind, bekannt. Dieses Lager soll besonders geeignet zur Abstützung von Bauteilen mit geringem statischen Gewicht sein, wie zum Beispiel Ventilatoren oder Haushaltsmaschinen, wobei dieses Lager aus einem druckfesten Kunststoff hergestellt ist. In 1 dieser Vorveröffentlichung ist im Axialschnitt ein Kugellager gezeigt, das zur Abstützung einer Welle, auf der drehfest ein nur zum Teil dargestelltes Flügelelement eines Ventilators befestigt ist, in einem Gehäuse dient. Das Kugellager besteht aus einem inneren Laufring und einem äußeren Laufring, zwischen denen in einem Käfig geführte Wälzkörper angeordnet sind. Die Laufringe so wie der Käfig und ggf. auch die Wälzkörper sind aus einem druckfesten Kunststoff hergestellt.
Aus der DE 2004 001 942 A1 ist ein Deckenventilator bekannt geworden, der elektromotorisch angetrieben ist, wobei der Rotor mit Flügelelementen verbunden ist. Der Rotor ist drehfest von einem Gehäuse aufgenommen, das über zwei aus einem Kunststoff bestehende einreihige Schrägkugellager drehbar auf einer Achse gehalten ist, wobei die Schrägkugellager auf der Achse in axialer Richtung von einander beabstandet angeordnet sind.
Bei derartigen Wälzlagerrungen zur Abstützung von rotierenden Wellen von Lüftern ist jedoch von Nachteil, dass sich im Laufe der Betriebsdauer des Lüfters die Vorspannung der Kunststoffwälzlager sowohl in axialer als auch in radialer Richtung ändern kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Ausgehend von den Nachteilen des bekannten Standes der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein Wälzlager für eine Welle bereit zu stellen, das auch nach längerer Betriebsdauer noch geräuschfrei läuft.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 gelöst, dass die Welle über zwei voneinander beabstandete Schrägkugellager mit einem gemeinsamen Außenring und zwei getrennt ausgebildeten Innenringen gehalten ist, die zueinander in O-Anordnung angestellt sind und in axialer Richtung durch ein Federelement gegeneinander vorgespannt sind.
Durch die vorgespannten Schrägkugellager wird auch nach einer langen Betriebsdauer keine gleichmäßige Lastverteilung auf alle Wälzkörper erreicht. so dass die aus Kunststoff bestehenden Lager sich durch einen äußerst ruhigen Lauf und eine hohe Betriebssicherheit auszeichnen. Die auftretenden Geräusche sind auch nach einer langen Betriebsdauer des Lagers vernachlässigbar gering. Auch ist die Herstellung der Kunststofflager durch Spritzgießverfahren in unterschiedlichen Abmessungen und Formvarianten in kostengünstiger Weise möglich. Hinzukommt, dass Kunststoff Selbstschmiereigenschaften aufweist, so dass selbst bei einer Mangelschmierung keine Wartung des Lagers erforderlich ist. Vorteilhaft ist außerdem, dass eine Übertragung von elektrischen Strom über ein aus Kunststoff hergestelltes Lager ausgeschlossen ist. Dies ist besonders bei Deckenventilatoren von Bedeutung, die mit Leuchten kombiniert sind. Zusätzlichen Isolierungen können auf diese Weise entfallen. Weiter ist von Vorteil, dass die gegeneinander vorgespannten Schrägkugellager sowohl axiale als auch radiale Kräfte aufnehmen können.
Weitere vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 9 beschrieben.
So ist nach Anspruch 2 vorgesehen, dass einer der Innenringe an einem ersten Winkelring und der zugehörige andere Innenring am Federelement abgestützt ist, das wiederum an einem zweiten Winkelring anliegt. Auf diese Weise ist eine unverlierbare Wälzlageranordnung geschaffen.
Nach Anspruch 3 hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass das Federelement als eine Federscheibe ausgebildet ist. Derartige Federscheiben sind ebenfalls in unterschiedlichsten Größenverhältnissen auf dem Markt als Zukaufteil kostgünstig zu erwerben.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung gemäß Anspruch 4 soll der Innenring eine abgestufte Außenkontur und der Außenring eine abgestufte Innenkontur aufweisen, so dass zwischen beide eine labyrinthartige Spaltdichtung gebildet ist. Diese Spaltdichtung ist für die Lebensdauer der Lageranordnung von Bedeutung, da eine Befettung auf Lebenszeit möglich ist, weil einerseits kein Schmiermittel von innen nach außen aus dem Lager austreten kann und andererseits kein Schmutz von außen nach innen in das Lager gelangen kann.
Nach einem weiteren Merkmal gemäß Anspruch 5 soll die Mantelfläche des Außenrings mit quer zur Achse angeordneten Rillen versehen sein. Durch diese Rillen wird einerseits die Masse des Außenringes vermindert, was für eine Schwingungstilgung von Vorteil ist. Darüber hinaus wird durch die so geschaf fene Vergrößerung der Mantelfläche des Außenringes eine verbesserte Abstrahlung von Wärme möglich, die durch das Abrollen der Wälzkörper erzeugt wird.
Eine weitere vorteilhafte Variante sieht vor, dass die Lagerringe aus einem verstärkten Kunststoff bestehen. Durch diese Verstärkung wird sichergestellt, dass das kunststofftypische Fließen entscheidend verringert wird. Als Verstärkung sind sämtliche dem Fachmann denkbare Varianten eingeschlossen, wobei insbesondere von einem Faserverbundwerkstoff aus Kunststoff ausgegangen werden kann, bei dem Kohlefasern und/oder Glasfasern in das Material eingelagert sind. Diese Fasern erhöhen die Festigkeit des Kunststoffes erheblich.
In Weitererbildung der Erfindung geht aus Anspruch 7 hervor, dass die Wälzkörper aus Keramik bestehen. Keramikwälzkörper reduzieren durch ihr geringes Gewicht einerseits auftretende Fliehkräfte und andererseits wird auch der Schmierstoffbedarf verringert.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist nach Anspruch 8 vorgesehen, dass der Außenring von einem Befestigungselement aufgenommen ist. Ein solches Befestigungselement wird zwischen Außenring und einem Gehäuse angeordnet sein und kann beispielsweise auch für eine weitere zusätzliche Dämpfung sorgen, wenn es beispielsweise aus einem Kunststoff gefertigt ist.
Schließlich soll nach einem letzten Merkmal der Erfindung gemäß Anspruch 9 die Welle in einem Lüfter verwendet sein. Es liegt auf der Hand, dass bei einem Einsatz derartiger Lüfter in Wohn- oder Geschäftsräumen eine lange Lebensdauer und eine hohe Laufkultur, d.h., eine besonders hohe Laufruhe erwünscht ist.
Die Erfindung wird an nachstehendem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist.
Es zeigen:
1 eine Draufsicht auf eine Lüfteranordnung und
2 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäß ausgebildetes Lüfterlager
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Die in 1 in einer Draufsicht gezeigte Lüfteranordnung 1 zeichnet sich dadurch aus, dass ein Rotor 3 mit seiner Welle 4 beidseitig von je einem Wälzlager 8 aufgenommen ist. Die Wälzlager 8 sind fest in einem Gehäuse 2 angeordnet. Zur Lüfteranordnung 1 gehört weiter ein Rohr 5, dass mit einem Anschluss für ein Heiz- oder Kühlmittel versehen ist, wobei das Rohr 5 an seiner Oberfläche mit umlaufenden Lamellen 6 versehen ist, um aufgrund der vergrößerten Fläche den Wärmedurchgang zu beschleunigen. Schließlich gehört zur Lüfteranordnung 1 ein Leitblech 7, dass den vom Rotor 3 erzeugten Luftstrom um das Rohr 5 gezielt leitet, wenn die Welle 4 des Rotors 3 um ihre Achse 9 in Rotation versetzt wird. Die in 1 dargestellte Lüfteranordnung 1 ist nur ein mögliches Ausführungsbeispiel von vielen Lüfteranordnungen, die völlig unterschiedlich gestaltet sein können.
Wie aus 2 ersichtlich, setzt sich das erfindungsgemäß ausgebildete Wälzlager 8 aus zwei in axialer Richtung von einander beabstandeten Schrägkugellagern 10 zusammen, die zueinander in O-Anordnung angestellt sind, so dass ihre Wälzkörperdrucklinien 11 schräg von außen nach innen verlaufen. Das Wälzlager 8 besteht weiterhin aus den beiden voneinander beabstandeten Innenringen 12, die konzentrisch von einem einteilig ausgebildet Außenring 13 umschlossen sind. Im zwischen beiden Lagerringen 12, 13 gebildeten Ringraum 16 wälzen in einem Käfig 14 geführte Wälzkörper 15 in Form von Lagerkugeln auf nicht näher bezeichneten Innen- und Außenlaufbahnen ab. Wie weiter erkennbar sind auf der Welle 4 zwei voneinander in axialer Richtung beabstandete Winkelring 17, 18 aufgenommen, wobei der Winkelring 17 als erster und der Winkelring 18 als zweiter bezeichnet ist. Zwischen dem zweiten Ring 18 und dem Innenring 12 des rechtsseitig angeordneten Schrägkugellagers 10 ist ein Federelement 19 in Form einer Federscheibe angeordnet, dass den rechtsseitig angeordneten Innenring in axialer Richtung mit einer Kraft beaufschlagt, die über die Wälzkörper 15, den Außenring 13, die linksseitigen Wälzkörper 15 auf den linksseitigen Innenring 12 und schließlich auf den ersten Winkelring 17 übertragen wird. Dadurch ist sichergestellt, dass die beiden voneinander beabstandeten Schrägkugellager 10 stets mit einer Vorspannung beaufschlagt sind. Wie weiter erkennbar, sind die beiden Innenringe 12 mit einer abgestuften Außenkontur und der gemeinsame Außenring 13 mit einer abgestuften Innenkontur versehen, so dass zwischen beiden Lagerringen 12, 13 eine Spaltdichtung 20 gebildet ist. Weiter ist erkennbar, dass der Außenring 13 mit quer zur Achse 9 in Umfangsrichtung verlaufenden Rillen 21 versehen ist. Als vorteilhaft hat es sich auch erwiesen, wenn das Verhältnis Teilkreisdurchmesser TS zu Wellendurchmesser DW größer als 4 zu 1 ist, so dass eine größere Anzahl von Wälzkörpern 15 untergebracht werden kann, um die Tragzahl zu erhöhen.
Sowohl die beiden Innenringe 12 als auch der einstückige Außenring 13 sollen aus verstärkten Kunststoffen bestehen. Darunter versteht man Verbundwerkstoffe, die aus einem polymeren Matrixmaterial und anorganischen oder organischen, meist faser- aber teilchenförmigen Verstärkungsstoffen aufgebaut sind. Derartig verstärkte Kunststoffe haben in der Regel höhere Steifigkeiten, höhere Härten und höhere Erweichungstemperaturen.
Zur Verringerung der Fliehkräfte sind die Wälzkörper 15 aus einem spezifisch leichteren Material als Stahl, nämlich aus einer Keramik gefertigt. Auch wird durch den im Vergleich zu metallischen Wälzkörpern niedrigen Trocken-Reibungskoeffizient von Keramik die Möglichkeit eröffnet, auftretende Mangelschmierzustände besser verkraften zu können. Besonders geeignet ist in diesem Zusammenhang heißgepresstes Siliziumnitrid, dessen vorteilhafter Einsatz im Wälzlagerbereich seit langem bekannt ist. Auf die Ausführung näherer Einzelheiten kann an dieser Stelle verzichtet werden, da die Vorteile von heißgepresstem Siliziumnitrid in einem Artikel der Zeitschrift „Antriebstechnik", 16 (1977) Nr. 3, Seite 130 bis 135 ausführlich erläutert sind.
Abschließend sei an dieser Stelle ausdrücklich darauf hingewiesen, dass es in Umkehrung zur Beschreibung und zum Ausführungsbeispiel ebenfalls unter den Erfindungsgedanken fällt, wenn die Welle als Achse fungiert, d.h., stillsteht, während der Außenring in Rotation versetzt ist.

1: Lüfteranordnung
2: Gehäuse
3: Rotor
4: Welle
5: Rohr
6: Lamelle
7: Leitblech
8: Wälzlager
9: Rotationsachse
10: Schrägkugellager
11: Drucklinie
12: Innenring
13: Außenring
14: Käfig
15: Wälzkörper
16: Ringraum
17: erster Winkelring
18: zweiter Winkelring
19: Federelement
20: Spaltdichtung
21: Rille
TS: Teilkreisdurchmesser
DW: Durchmesser der Welle

Claims

Wälzlager (8) zur Abstützung einer um eine Achse (9) rotierenden Welle (4), dessen Innenring und Außenring aus einem Kunststoff hoher Druckfestigkeit bestehen, wobei zwischen beiden in einem Käfig (14) geführte Wälzkörper (15) abrollen, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (4) über zwei voneinander beabstandete Schrägkugellager (10) mit einem gemeinsamen Außenring (13) und zwei getrennt ausgebildeten Innenringen (12) gehalten ist, die zu einander in O-Anordnung angestellt und in axialer Richtung durch ein Federelement (19) gegeneinander vorgespannt sind.
Wälzlager (8) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Innenringe (12) an einem ersten Winkelring (17) und der zugehörige andere Innenring (12) am Federelement (19) abgestützt ist, das wiederum an einem zweiten Winkelring (18) anliegt.
Wälzlager (8) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (19) als eine Federscheibe ausgebildet ist.
Wälzlager (8) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (12) eine abgestufte Außenkontur und der Außenring (13) eine abgestufte Innenkontur aufweist, so dass zwischen beiden eine labyrinthartige Spaltdichtung (20) gebildet ist.
Wälzlager (8) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche des Außenringes (13) mit quer zur Achse (9) angeordneten Rillen (21) versehen ist.
Wälzlager (8) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerringe (12, 13) aus einem verstärkten Kunststoff bestehen.
Wälzlager (8) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (15) aus Keramik bestehen.
Wälzlager (8) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (13) von einem Befestigungselement aufgenommen ist.
Wälzlager (8) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (4) in einem Lüfter (1) verwendet ist.