DE102007046332A1

DE102007046332A1 - Wälzlager mit zylindrischen Wälzkörpern und zwischen diesen angeordneten Trennrollen sowie Ventiltrieb mit dem Wälzlager

Info

Publication number: DE102007046332A1
Application number: DE102007046332A
Authority: DE
Inventors: Stefan Dupke; Stephan Möck
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-09-28
Filing date: 2007-09-28
Publication date: 2009-04-02
Also published as: WO2009043634A3; WO2009043634A2

Abstract

Ein aus Lastrollen (6) und Trennrollen (7) bestehendes Wälzlager (1) zeichnet sich dadurch aus, dass die innerhalb des Teilkreises (TK) der Lastrollen (6) angeordneten Trennrollen (7) eine in radialer Richtung nach außen führende Bewegung (TM) ausführen können. Dadurch wird der Reibungskontakt der Trennrollen (7) mit der Innenlaufbahn (4) vermieden.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Wälzlager, insbesondere Nadellager, mit zylindrischen, die Last übertragenden Wälzkörpern (Lastrollen) und zwischen diesen angeordneten Trennrollen, wobei die Trennrollen einen kleineren Durchmesser aufweisen als die Lastrollen und innerhalb des Teilkreises der Lastrollen angeordnet sind. Außerdem betrifft die Erfindung einen Ventiltrieb mit diesem Wälzlager.
Hintergrund der Erfindung
Ein derart gattungsgemäß ausgebildetes Wälzlager ist aus der DE 69 38 851 U1 vorbekannt. Das in 1 dieser Vorveröffentlichung dargestellte Wälzlager besteht aus dem Innenring 1, dem Außenring 2 und den Lastrollen 3. Zwischen den Lastrollen 3 sind, wie insbesondere aus 2 deutlich hervorgeht, Trennrollen 4 und 5 innerhalb und außerhalb des Lastrollenteilkreises ange ordnet. Die Trennrollen 4 haben die Aufgabe, die Lastrollen voneinander in Abstand zu halten und die Trennrollen 5 übernehmen auftretende Axialkräfte. Um die Axialkräfte aufnehmen zu können, sind die Trennrollen 5 an den Stirnseiten mit Schultern 8 versehen, die mit einem in Betrieb notwendigen Spiel an den Stirnseiten der Lastrollen 3 und den Außenringes 2 anliegen.
Nachteilig dabei ist, dass ein solches Wälzlager aufgrund der verschiedenartigen Trennrollen, die innerhalb und außerhalb des Teilkreises angeordnet sind, sehr aufwändig zu fertigen ist. Es ist weiter von Nachteil, dass sich die Lastrollen und die innerhalb des Teilkreises angeordneten Trennrollen sowie der Lagerinnenring ständig berühren, d. h., die Reibung in diesem Lager ist hoch, was sich negativ auf das Laufverhalten auswirkt.
Zusammenfassung der Erfindung
Ausgehend von den Nachteilen des bekannten Standes der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Wälzlager mit Trennrollen derart zu verbessern, dass es wesentlich weniger reibbelastet ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen Oberbegriff dadurch gelöst, dass die Durchmesser von Lastrollen und Trennrollen so aufeinander abgestimmt sind, dass unter Berücksichtigung eines Teilkreisspiels pro Lastrolle und unter Berücksichtigung des Teilkreisendspiels aller Lastrollen unabhängig vom jeweiligen Betriebszustand des Wälzlagers der Durchmesser der Trennrollen größer als ein variabel sich einstellendes Teilkreisspiel zwischen zwei beliebigen benachbart angeordneten Lastrollen ist, wobei die Trennrollen in radialer Richtung eine Bewegung ausführen können, die einerseits von einer Innenlaufbahn des Wälzlagers und andererseits von je einer Mantelfläche zweier benachbart angeordneter Lastrollen begrenzt ist.
Der vorteilhafte Unterschied gegenüber dem bisherigen Stand der Technik liegt darin, dass den Trennrollen eine Möglichkeit zu einer radialen Bewegung zwi schen Innenlaufbahn und Außenlaufbahn eingeräumt ist. Diese Bewegung wird in radialer Richtung nach außen durch die Anlage der Trennrollen an den Mantelflächen zweier benachbart angeordneter Lastrollen begrenzt. Mit steigender Drehzahl heben die Trennrollen aufgrund der Fliehkraft von der Innenlaufbahn ab, sodass der Reibkontakt mit dieser aufgehoben ist, was sich positiv auf das Laufverhalten der Lageranordnung auswirkt, weil die Reibung verringert ist. Auf diese Weise ist ein Wälzlager mit zylindrischen Last- und Trennrollen gebildet, das gegenüber einer vollrolligen Ausführung bei nahezu gleicher Tragfähigkeit eine wesentlich geringere Reibung realisiert und das gegenüber einer Käfigvariante aufgrund der erhöhten Anzahl von Wälzkörpern eine höhere Tragfähigkeit aufweist.
Beim Umlauf eines Wälzlagers durchlaufen die Wälzkörper abwechselnd eine belastete und eine unbelastete Zone, wobei die Belastung der einzelnen Wälzkörper beginnend beim Einlauf in die Lastzone ständig ansteigt, bis sie in der Position des Scheitelwälzkörpers das Belastungsmaximum erreicht hat. Von da an schwächt sich die Belastung wieder ab, bis sie in der lastfreien Zone zu Null wird. Entsprechend der Wälzkörperbelastung ergibt sich auch eine elastische Verformung der Laufbahnen. Dadurch erhalten die einzelnen Wälzkörper auch bei konstanter Lagerdrehzahl unterschiedliche Umlaufgeschwindigkeiten. Wenn diese Geschwindigkeitsunterschiede auch nur minimal sind, so verursachen sie dennoch eine Abstandsänderung der einzelnen Wälzkörper in Umfangsrichtung voneinander, insbesondere in der Lastzone. Dies hat zur Folge, dass, bezogen auf die Erfindung, die Lastrollen in Umfangsrichtung ständig ihren Abstand voneinander ändern, d. h., das Teilkreisspiel zwischen den einzelnen Lastrollen wird sich ständig verändern. Dies bedeutet, an einer Stelle in Umfangsrichtung liegen die Lastrollen mit ihren Mantelflächen näher aneinander, während sie beispielsweise an der entgegengesetzten Richtung den größten Abstand voneinander aufweisen können. Das erfindungsgemäße Wälzlager ist daher so auszulegen, dass die Trennrollen und die Lastrollen bezüglich ihres Durchmessers so dimensioniert ausgelegt sind, dass die Trennrollen auch bei einem größtmöglichen Abstand zweier benachbart angeordneter Lastrollen in Umfangsrichtung zwischen diesen nicht hindurch rutschen können.
Es hat sich in Weiterbildung der Erfindung als vorteilhaft erwiesen, dass die Lastrollen und die Trennrollen einem gleichen Durchmesserbereich zugeordnet sind, wobei nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die Zuordnung in Schritten von jeweils einem μm erfolgt. Durch diese Zupaarung von Lastrollen und Trennrollen zu den vorhandenen Laufbahnen wird es möglich, dass erstens ein optimales Betriebsspiel eingestellt ist und dass zweitens die Einstellung so erfolgt, dass es auch unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Teilkreisspiele und des Teilkreisendspieles ausgeschlossen ist, dass eine Trennrolle zwischen den Lastrollen hindurch rutschen kann.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Ventiltrieb zur Betätigung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine, bestehend aus einem Nockenfolger, der von einem mit einer Nockenwelle verbundenen Nocken über eine Rolle beaufschlagt ist, wobei diese über ein Wälzlager drehbar auf einem Bolzen gehalten ist. Nach der Erfindung ist das Wälzlager als ein Nadellager gemäß den Ansprüchen 1–3 ausgebildet. Auf diese Weise ist ein besonders reibungsarmer Ventiltrieb geschaffen, der eine Spritersparnis realisiert. Es wurde nämlich gefunden, dass die Reibung in einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine zu einem wesentlichen Anteil auf Nockenfolger zurückgeht, deren wälzgelagerte Rolle vom Nocken beaufschlagt ist.
Nach weiteren Merkmalen dieses Ventiltriebes ist nach der Erfindung vorgesehen, dass der Nockenfolger ein Schlepp-, ein Kipphebel oder ein Rollenstößel ist. Derartige Nockenfolger an sich sind dem Fachmann hinreichend bekannt und beispielsweise in nachstehend aufgeführten Vorveröffentlichungen ausführlich beschrieben:
DE 196 18 067 A1 , DE 197 18 794 A1 , DE 198 10 462 A1 , DE 100 02 287 A1 , DE 38 14 700 A1 , DE 197 48 164 A1 , DE 199 15 531 A1 , DE 10 2005 059 027 A1 , DE 10 2005 047 234 A1 .
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in vereinfachter Form dargestellt ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
1 einen teilweisen Radialschnitt durch ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Wälzlager mit Last- und Trennrollen,
1a eine vergrößerte Darstellung im Bereich einer Trennrolle gemäß 1,
2 eine Teilansicht eines Ventiltriebs mit einem Schlepphebel im Schnitt,
3 eine perspektivische Darstellung eines Schlepphebels und
4 einen Längsschnitt durch den Schlepphebel gemäß 3.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Das in den 1 und 1a dargestellte und mit 1 bezeichnete Wälzlager besteht aus dem Innenring 2, dem Außenring 3, die jeweils die Laufbahnen 4 und 5 stellen. Der Innenring 2 ist als Bolzen ausgebildet, d. h. massiv ohne eine Aufnahmebohrung. Im Ausführungsbeispiel ist das Wälzlager 1 als eine Rolle gestaltet, wobei der Bolzen 2 drehfest von einer Anschlusskonstruktion aufgenommen ist, während der dickwandige Außenring 3 rotiert. Zwischen dem Außenring 3 und dem Bolzen 2 wälzen auf zugehörigen Laufbahnen 5, 4 Lastrollen 6 ab, die in Umfangsrichtung durch Trennrollen 7 voneinander auf Abstand gehalten sind, sodass sie sich gegenseitig mit ihren Mantelfläche 6.1 nicht berühren. Innerhalb des von der Drehachse 8 ausgehenden Teilkreises TK der Lastrollen 6 sind die Trennrollen 7 angeordnet, wobei deren Mantelfläche mit 7.1 bezeichnet ist.
Wie insbesondere aus der vergrößerten Darstellung in 1a ersichtlich, sind die Trennrollen 7 in einer oberen Stellung dargestellt, die einer hohen Drehzahl des Wälzlagers 1 entspricht. Die Trennrollen 7 heben fliehkraftbedingt von der Innenlaufbahn 4 in radialer Richtung nach außen ab, bis sie mit ihren Mantelflächen 7.1 an den Mantelflächen 6.1 zweier benachbart angeordneter Lastrollen 6 zur Anlage gelangen. In diesem Zustand ist der maximale Abstand der Trennrollen 7 von der Innenlaufbahn 4 mit TM bezeichnet. Dieser maximale Abstand TM der Trennrolle 7 von der Laufbahn 4 entspricht dem Teilkreisspiel TS zwischen zwei benachbart angeordneten Lastrollen 6. Dabei muss der mit DT bezeichnete Durchmesser der Trennrolle 7 größer sein als das Teilkreisspiel TS, um ein Durchrutschen der Trennrollen 7 zwischen zwei benachbarten Lastrollen 6 zu verhindern. Das in den 1 und 1a dargestellte Ausführungsbeispiel ist so gewählt, dass, in Umfangsrichtung betrachtet, die Lastrollen 6 alle einen gleichen Abstand voneinander aufweisen, d. h., das Teilkreisspiel TS ist zwischen allen benachbart angeordneten Lastrollen 6 gleich. Durch wechselnde Lastbedingungen tritt jedoch der bereits beschriebene Fall ein, dass an einer Umfangsstelle eine Trennrolle 7 in Richtung der Innenlaufbahn 4 wandert, wenn die Fliehkraft nachlässt. Das wiederum bedeutet, an dieser Stelle wird der mit TM bezeichnete Abstand der Trennrolle 7 von der Innenlaufbahn geringer, während sich das zugehörige Teilkreisspiel TS an dieser Stelle verkleinert, weil die benachbarten Lastrollen 6 in Umfangsrichtung gesehen näher aneinander rücken. Dies bedeutet, wenn sich an dieser Stelle das Teilkreisspiel TS verringert, muss es sich an anderer Stelle vergrößern. D. h., die mit DL bezeichneten Durchmesser der Lastrollen 6 und die Durchmesser DT der Trennrollen 7 sind so aufeinander abzustimmen, dass auch bei einem mit TES bezeichneten, nicht zeichnerisch dargestellten maximalen Teilkreisendspiel die Trennrollen 7 nicht zwischen den Lastrollen 6 hindurchrutschen können. Das Teilkreisendspiel TES setzt sich aus der Summe der Teilkreisspiele TS der einzelnen Lastrollen 6 multipliziert mit deren Anzahl zusammen.
In der 2 ist mit 9 ein Ventiltrieb einer Hubkolbenbrennkraftmaschine bezeichnet, der in einem zum Teil dargestellten Zylinderkopf 10 angeordnet ist. Wie in Verbindung mit den 3 und 4 zu erkennen, besteht der Ventiltrieb 9 aus dem Nocken 11, einer nicht dargestellten Nockenwelle, dem Schlepphebel 12 mit der Rolle 13, dem Abstützelement 14 und dem Gaswechselventil 15. Das Abstützelement 14 ist in einer Aufnahmebohrung des Zylinderkopfes 10 angeordnet und wird über die Druckmittelbohrung 16 mit Öl versorgt. Weiterhin weist das Abstützelement 14 den kugelförmigen Endabschnitt 17 auf, auf dem die Kugelkalotte 18 des Schlepphebels 12 abgestützt ist. Der Schlepphebel 12 soll, wie insbesondere aus den 3 und 4 hervorgeht, als Blechformteil hergestellt sein, wobei er einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt hat. An seinem der Kugelkalotte 18 gegenüberliegendem Ende 19 greift der Schlepphebel 12 an dem Ventilschaft 20 des Gaswechselventils 15 an. Das Gaswechselventil 15, das weiter den Ventilteller 21 aufweist, wird über die Ventilfeder 22, die über den Federteller 23 am Ventilschaft 20 in axialer Richtung festgelegt ist, in Schließrichtung vorgespannt. Die Rolle 13 ist über den Bolzen 24 in Seitenwänden 25 und 26 des Schlepphebels 12 geführt. Zur drehbaren Lagerung der Rolle 13 auf diesem in den Seitenwänden 25 und 26 befestigten Bolzen 24 dient das Nadellager 27, das in der erfindungsgemäßen Form ausgebildet ist, d. h., aus Lastrollen 6 und Trennrollen 7 besteht. Diese sind in der beschriebenen Weise hinsichtlich ihrer Durchmesser DL, DT so aufeinander abgestimmt, das auch bei einem maximalen Teilkreisendspiel TES die Trennrollen 7 nicht zwischen zwei benachbart angeordneten Lastrollen 6 hindurch rutschen können.

1: Wälzlager
2: Innenring
3: Außenring
4: Innenlaufbahn
5: Außenlaufbahn
6: Lastrolle
6.1: Mantelfläche
7: Trennrolle
7.1: Mantelfläche
8: Drehachse
9: Ventiltrieb
10: Zylinderkopf
11: Nocken
12: Schlepphebel
13: Rolle
14: Abstützelement
15: Gaswechselventil
16: Druckmittelbohrung
17: Endabschnitt
18: Kugelkalotte
19: Ende
20: Ventilschaft
21: Ventilteller
22: Ventilfeder
23: Federteller
24: Bolzen
25: Seitenwand
26: Seitenwand
27: Nadellager
DT: Durchmesser Trennrolle
DL: Durchmesser Lastrolle
TS: Teilkreisspiel
TK: Teilkreis
TES: Teilkreisendspiel
TM: Abstand Tennrolle/Innenlaufbahn

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 6938851 U1 [0002]
- DE 19618067 A1 [0010]
- DE 19718794 A1 [0010]
- DE 19810462 A1 [0010]
- DE 10002287 A1 [0010]
- DE 3814700 A1 [0010]
- DE 19748164 A1 [0010]
- DE 19915531 A1 [0010]
- DE 102005059027 A1 [0010]
- DE 102005047234 A1 [0010]

Claims

Wälzlager (1), insbesondere Nadellager, mit zylindrischen, die Last übertragenden Lastrollen (6) und zwischen diesen angeordneten Trennrollen (7), wobei die Trennrollen (7) einen kleineren Durchmesser (DT) aufweisen als die Lastrollen (6) und innerhalb des Teilkreises (TK) der Lastrollen (6) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchmesser (DL, DT) von Lastrollen (6) und Trennrollen (7) so aufeinander abgestimmt sind, dass unter Berücksichtigung eines Teilkreisspiels (TS) pro Lastrolle (6) und unter Berücksichtigung des Teilkreisendspiels (TES) aller Lastrollen (6) unabhängig vom jeweiligen Betriebszustand des Wälzlagers (1) der Durchmesser (DT) der Trennrollen (7) größer als ein variabel sich einstellendes Teilkreisspiel (TS) zwischen zwei beliebigen benachbart angeordneten Lastrollen (6) ist, wobei die Trennrollen (7) in radialer Richtung eine Bewegung (TM) ausführen können, die einerseits von einer Innenlaufbahn (4) des Wälzlagers (1) und andererseits von je einer Mantelfläche (6.1) zweier benachbart angeordneter Lastrollen (6) begrenzt ist.
Wälzlager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lastrollen (6) und die Trennrollen (7) einem gleichen Durchmesserbereich zugeordnet sind.
Wälzlager (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuordnung in Schritten von jeweils 1 μm erfolgt.
Ventiltrieb (9) zur Betätigung eines Gaswechselventils (15) einer Brennkraftmaschine, bestehend aus einem Nockenfolger (12), der von einem mit einer Nockenwelle verbundenen Nocken (11) über eine Rolle (13) beaufschlagt ist, wobei diese über ein Wälzlager drehbar auf einem Bolzen (24) gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager als ein Nadellager (27) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3 ausgebildet ist.
Ventiltrieb (9) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Nockenfolger ein Schlepp- (12) oder ein Kipphebel ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Nockenfolger ein Rollenstößel ist.