WO2008077675A1 - Wälzlager für eine radial-kolbenpumpe - Google Patents

Wälzlager für eine radial-kolbenpumpe Download PDF

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rolling bearing
pump
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Horst DÖPPLING
Alexander Zernickel
Thomas Fuchshuber
Heinrich Hofmann
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Schaeffler Kg
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    • F16C19/26—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for radial load mainly with a single row of rollers
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    • F16C2360/00—Engines or pumps
    • F16C2360/42—Pumps with cylinders or pistons

Definitions

  • the invention relates to a rolling bearing for a radial piston pump with an inner ring and an outer ring and arranged between these bearing rings rolling elements.
  • roller bearing From German Patent No. 311 317 a roller bearing is known, represent the roles of the basic shape of a Umwindungsellipsoids symmetrically cut discs and roll on grooved outer and inner rings.
  • the rollers can advantageously be introduced into the bearing by being tilted between the races and then rotated into their working position. Since the roller circumference is spherical, this rotation can be done without resistance.
  • Such increased requirements may arise, for example, in that also other vehicle systems using a hydraulic pressure are to be supplied with the same pump.
  • vehicle systems may be, for example, a traction control system, an automatic distance control system acting on the service brakes of the vehicle, or a parking brake system.
  • the invention has for its object to use a rolling bearing in a radial piston pump, which has a comparatively long life, is suitable for high radial forces and can transmit axial forces to some extent.
  • the invention is based on the finding that a ball roller bearing with respect to a conventional ball bearing with otherwise the same dimensions has a larger lubricant space, which is therefore filled with a larger amount of lubricant. This provides a life extension with a relatively small axial space requirement in a radial piston pump. In addition, axial forces can also be transmitted to a certain extent by the ball rollers and these have a lower friction during operation than needle roller bearings.
  • the invention is therefore based on a rolling bearing for a radial piston pump with an inner ring and an outer ring and arranged between these bearing rings rolling elements.
  • the rolling bearing is designed as a ball roller bearing
  • the rolling elements are designed as ball rollers with two each deviating from a spherical base shape deviating and arranged parallel to each other side surfaces.
  • the inner ring has a centric or eccentric circumferential geometry, the entire rolling bearing being designed as an eccentric roller bearing.
  • the inner ring has a central or eccentric circumferential geometry on its inner circumference, or that the central inner ring is arranged on an eccentric shaft extension of a pump shaft.
  • the inner ring and the outer ring are provided with mutually facing guide rings made of a wear-resistant material whose pointing to the ball rollers sides are adapted to the spherical geometry of the ball rollers.
  • the guide rings have a high axial and radial load capacity.
  • the radial load capacity of the ball roller bearing is improved by the fact that osculation of up to 100% is possible, the point contact usual in conventional ball bearings being replaced by line contact in the ball roller bearing.
  • the use of the ball roller bearing according to the invention for supporting rotatable components of a pump is particularly favorable.
  • those pump embodiments are preferred which have at least one pump plunger, which rests radially on an eccentric pump shaft or on an eccentric shaft extension or on an outer ring of the ball roller bearing of the Radi alkolbenpumpe.
  • a second bearing is arranged axially opposite the ball roller bearing.
  • This second rolling bearing can also be a ball roller bearing or be designed as a needle bearing or cylindrical roller bearing, which is arranged, for example, centric to the pump shaft and eccentric to the eccentric shaft approach.
  • FIG. 1 shows an illustration of the ball roller bearing according to the invention in an axial section, arranged on an eccentric shaft extension of a radial piston pump
  • Figure 2 is a frontal plan view of the ball roller bearing
  • FIG. 3 shows a radial piston pump with a ball roller bearing according to FIG. 1 or FIG. 2.
  • the bearing assemblies shown in Figures 1 to 3 show a shaft 12 of a radial piston pump 5 with a shaft extension 11, the longitudinal axis 22 is aligned eccentrically to the longitudinal axis 16 of the shaft 12.
  • a ball roller bearing 1 On the shaft extension 11, a ball roller bearing 1 is arranged, with a firmly seated on the shaft extension 11 inner ring 2 and an outer ring 3, between which in raceways of the two bearing rings 2, 3 rolling ball rollers 4 are arranged and guided by a cage 23.
  • the ball rollers 4 each have two of the spherical shape deviating flattened and arranged parallel to each other side surfaces 6, 7, whereby over vollkugeligen rolling elements an axially enlarged lubricant chamber 10 is formed.
  • the larger lubricant reservoir compared to conventional ball bearings extends the service life of this rolling bearing.
  • FIG. 1 shows in the lower half, guide grooves 14 pointing radially towards each other are incorporated into the inner ring 2 and the outer ring 3, which form the raceways for the ball rollers 4 and therefore on their side facing the ball rollers 4 to the spherical geometry of the ball rollers 4 are adapted to achieve the greatest possible osculation between them.
  • the inner ring 2 is designed according to Figure 1 with a central opening 13 which is fixed to the eccentric shaft extension 11 of the shaft 12.
  • FIG. 2 shows an eccentric inner ring 2 with a different radial thickness over its circumference and a central opening 13 ', which is therefore eccentric to the outer circumference, with which it sits on a centric shaft extension 11.
  • the radial piston pump 5 for an anti-lock system comprises an electromotive drive 17 with a stator 15 fastened to the pump housing 24 and a rotor 18 mounted on a motor shaft 19.
  • the shaft extension 11 or the shaft 12 is rotatably connected to the motor shaft 19 or formed integrally therewith.
  • a shaft end 20 is formed centrally to the motor shaft 19 and the shaft 12, which is supported by a second bearing 21 in the pump housing 24.
  • This second bearing 21 is designed as a needle bearing.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager für eine Radialkolbenpumpe (5) mit einem Innenring (2) und einem Aussenring (3) sowie mit zwischen diesen Lagerringen angeordneten Wälzkörpern. Um ein Wälzlager für eine Radialkolbenpumpe zu schaffen, das eine hohe Lebensdauer aufweist, für hohe Radialkräfte geeignet ist und auch Axialkräfte aufnehmen kann, ist erfindungsgemäss vorgesehen, dass das Wälzlager als Kugelrollenlager (1) ausgeführt ist, dessen Wälzkörper als Kugelrollen (4) mit jeweils zwei von einer Kugelgrundform abweichend abgeflachten sowie parallel zueinander angeordneten Seitenflächen (6, 7) ausgebildet sind.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Wälzlager für eine Radial-Kolbenpumpe
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Wälzlager für eine Radialkolbenpumpe mit einem Innenring und einem Außenring sowie mit zwischen diesen Lagerringen angeordneten Wälzkörpern.
Hintergrund der Erfindung
Aus der deutschen Patentschrift Nr. 311 317 ist ein Rollenlager bekannt, dessen Rollen aus der Grundform eines Umdrehungsellipsoids symmetrisch geschnittene Scheiben darstellen und auf gerillten Außen- und Innenringen abrollen. Die Rollen können vorteilhaft dadurch in das Lager eingeführt werden, dass sie umgekippt zwischen die Laufringe geschoben und dann in ihre Ar- beitslage verdreht werden. Da der Rollenumfang sphärisch ist, kann diese Verdrehung ohne Widerstand erfolgen.
Ein anderes Radial-Wälzlager mit Kugelscheiben ist in der DE 43 34 195 A 1 dargestellt und beschrieben. Beim Befüllen des Lagers mit den Kugelscheiben werden auch diese axial zum Lager zwischen Innen- und Außenring eingeführt. Wenn sich ihr Mittelpunkt auf der Höhe der Rollbahnenachse befindet, werden die Kugelscheiben um 90° gedreht, so dass ihre Kugeloberfläche in den Rollbahnen abrollen kann.
Bei Fahrzeugbremsanlagen mit einer Pumpeneinheit (DE 199 58 927 C 1 ) oder bei Anti-Blockier-Systemen (ABS) beziehungsweise bei hydraulischen Brems- schlupfregelanlagen (DE 196 53 895 A 1 ) werden zur Lagerung der drehbaren Bauteile der Pumpen üblicherweise als Kugellager und/oder Nadellager ausgebildete Wälzlager genutzt.
Der Einsatz eines konventionellen Kugellagers bei einer solchen Pumpenein- heit hat gegenüber einem Nadellager einige Vorteile, etwa den geringeren axialen Bauraum, die geringere Reibung im Betrieb, die geringere Geräuschemission und die Fähigkeit, auch Axialkräfte in gewissem Umfang übertragen zu können. Die derzeit im Einsatz befindlichen Exzenter-Kugellager mit oder ohne exzentrischen Lagerinnenring in Pumpen von ABS-Systemen haben jedoch den Nachteil, dass diese bei vorgegebenen Durchmesser aufgrund der zu geringen Tragzahl sowie wegen des zu geringen Schmiermittelraumes im Lager für erhöhte Last- und/oder Lebensdaueranforderungen nicht geeignet sind.
Solche erhöhten Anforderungen können beispielsweise dadurch entstehen, dass mit derselben Pumpe auch noch andere, einen Hydraulikdruck nutzende Fahrzeugsysteme versorgt werden sollen. Solche Fahrzeugsysteme können beispielsweise ein Antriebsschlupfregelungssystem, ein auf die Betriebsbremsen des Fahrzeugs wirkendes automatisches Abstandsregelungssystem oder ein Parkbremssystem sein.
Wie bei allen Anwendungen im Fahrzeugbau wird auch von einer Pumpe für ein Bremssystem und deren Drehlagerung gefordert, dass diese axial möglichst kurz baut und vergleichsweise große Radialkräfte sowie in geringerem Umfang auch Axialkräfte bei langer Lebensdauer übertragen kann.
Aufgabe der Erfindung
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einer Radialkolbenpumpe ein Wälzlager einzusetzen, das eine vergleichsweise hohe Lebensdauer aufweist, für hohe Radialkräfte geeignet ist und im gewissen Umfang auch Axialkräfte übertragen kann. Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein Kugelrollenlager gegenüber einem konventionellen Kugellager bei ansonsten gleichen Abmessungen einen größeren Schmiermittelraum aufweist, der daher mit einer größeren Schmiermittelmenge befüllbar ist. Dies sorgt für eine Lebensdauerverlängerung bei einem relativ kleinen axialen Platzbedarf in einer Radialkolbenpumpe. Zudem können durch die Kugelrollen im gewissen Umfang auch Axialkräfte übertragen werden und diese weisen im Betrieb eine geringere Reibung auf als Nadellager.
Die Erfindung geht daher aus von einem Wälzlager für eine Radialkolbenpumpe mit einem Innenring und einem Außenring sowie mit zwischen diesen Lagerringen angeordneten Wälzkörpern. Außerdem ist vorgesehen, dass das Wälz- lager als Kugelrollenlager ausgeführt ist, dessen Wälzkörper als Kugelrollen mit jeweils zwei von einer Kugelgrundform abweichend abgeflachten sowie parallel zueinander angeordneten Seitenflächen ausgebildet sind. Durch diesen Aufbau wird insbesondere erreicht, dass für die Wälzkörper ein geringer axialer Bauraum als konventionell benötigt wird. Der so gewonnene axiale Bauraum wird bevorzugt als zusätzlicher Schmiermittelraum genutzt. Die verbesserte Schmiermittel- bzw. Fettversorgung erlaubt eine geringere Reibung, welches die Lebensdauer deutlich erhöht.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kugelrollenla- gers ist vorgesehen, dass der Innenring eine zentrische oder eine exzentrische Umfangsgeomethe aufweist, wobei das gesamte Wälzlager als Exzenter- Wälzlager ausgebildet ist.
Dabei kann vorgesehen sein, dass der Innenring eine zentrische oder eine exzentrische Umfangsgeometrie an seinem Innenumfang aufweist, oder dass der zentrische Innenring an einem exzentrischen Wellenansatz einer Pumpenwelle angeordnet ist. Durch die Nutzung von Kugelrollen im Wälzlager ist die höhere Tragzahl der erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung der Pumpe realisierbar. Beim vorgeschlagenen Kugelrollenlager für eine Radialkolbenpumpe wird, bedingt durch die höhere Kugelanzahl bzw. durch den geringeren Teilungsabstand, die Trag- fähigkeit erhöht. Zudem sind auf Grund des vergrößerten Schmiermittelraumes im Vergleich zu bekannten Kugellagern erweiterte Last- und Lebensdaueranforderungen, beispielsweise für ESP-, Abstandskontroll-, Parkbremssysteme oder dergleichen, erfüllbar.
Vorteilhaft ist es zudem, wenn der Innenring und der Außenring mit zueinander weisenden Führungsringen aus einem verschleißfesten Werkstoff versehen sind, deren zu den Kugelrollen zeigenden Seiten an die kugelige Geometrie der Kugelrollen angepasst sind. Die Führungsringe weisen dabei eine hohe axiale und radiale Belastbarkeit auf. Insbesondere wird die radiale Belastbar- keit des Kugelrollenagers dadurch verbessert, dass eine Schmiegung von bis zu 100% möglich ist, wobei der bei konventionellen Kugellagern üblich Punktkontakt durch einen Linienkontakt bei dem Kugelrollenlager ersetzt wird.
Besonders günstig ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Kugelrollenla- gers zur Lagerung von drehbaren Bauteilen einer Pumpe, beispielsweise in einer Radialkolbenpumpe eines Anti-Blockier-Systems (ABS). Hierbei werden solche Pumpenausführungen bevorzugt, die mindestens einen Pumpenstößel aufweisen, der an einer exzentrischen Pumpenwelle bzw. an einem exzentrischen Wellenansatz oder an einem Außenring des Kugelrollenlagers der Radi- alkolbenpumpe radial anliegt. Um diese Pumpenwelle radial besser abstützen zu können, ist es zweckmäßig, wenn axial gegenüber dem Kugelrollenlager ein zweites Lager angeordnet ist. Dieses zweite Wälzlager kann ebenfalls ein Kugelrollenlager sein oder als Nadellager bzw. Zylinderrollenlager ausgebildet sein, das beispielsweise zentrisch zur Pumpenwelle und exzentrisch zum ex- zentrischen Wellenansatz angeordnet ist. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Darin zeigen:
Figur 1 eine Darstellung des erfindungsgemäßen Kugelrollenlagers in einem Axialschnitt, angeordnet auf einem exzentrischen Wellenansatz einer Radialkolbenpumpe,
Figur 2 eine stirnseitige Draufsicht auf das Kugelrollenlager, und
Figur 3 eine Radialkolbenpumpe mit einem Kugelrollenlager gemäß Figur 1 bzw. Figur 2.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Die in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Lageranordnungen zeigen eine Welle 12 einer Radialkolbenpumpe 5 mit einem Wellenansatz 11 , dessen Längsachse 22 exzentrisch zur Längsachse 16 der Welle 12 ausgerichtet ist.
Auf dem Wellenansatz 11 ist ein Kugelrollenlager 1 angeordnet, mit einem fest auf dem Wellenansatz 11 sitzenden Innenring 2 und einem Außenring 3, zwischen denen in Laufbahnen der beiden Lagerringe 2, 3 abrollende Kugelrollen 4 angeordnet und von einem Käfig 23 geführt sind. Die Kugelrollen 4 weisen jeweils zwei von der Kugelform abweichend abgeflachte sowie parallel zueinander angeordnete Seitenflächen 6, 7 auf, wodurch gegenüber vollkugeligen Wälzkörpern ein axial vergrößerter Schmiermittelraum 10 gebildet ist. Das gegenüber konventionellen Kugellagern vergrößerte Schmiermitteldepot verlängert die Lebensdauer dieses Wälzlagers.
Auf die radiale Außenseite des Außenringes 3 beziehungsweise auf den Wellenansatz (Figur 3) wirken Pumpenstößel 8 und 9, die bei einer Drehbewegung der Welle 12 aufgrund der außerzentrischen Anordnung des Wellenansatzes 11 gegen die Kraft einer jeweils hier nicht dargestellten Feder radial nach außen bewegt werden und so in zugeordneten Pumpenzylindern in bekannter Weise ein Pumpenöl bzw. eine Bremsflüssigkeit fördern.
Wie Figur 1 in der unteren Hälfte zeigt, sind in den Innenring 2 und den Außenring 3 jeweils radial zueinander weisende Führungsrillen 14 eingearbeitet, die die Laufbahnen für die Kugelrollen 4 bilden und daher an ihrer zu den Kugelrollen 4 weisende Seite an die kugelige Geometrie der Kugelrollen 4 zur Erzielung einer möglichst großen Schmiegung zwischen denselben angepasst sind.
Der Innenring 2 ist gemäß Figur 1 mit einer zentrischen Öffnung 13 ausgeführt, welche an dem exzentrischen Wellenansatz 11 der Welle 12 befestigt ist. Figur 2 zeigt dagegen einen exzentrischen Innenring 2 mit über dessen Umfang unterschiedlicher radialer Dicke und einer daher exzentrisch zum Außenum- fang ausgebildeten zentralen Öffnung 13', mit der dieser auf einem zentrischen Wellenansatz 11 sitzt.
Wie in Figur 3 dargestellt ist, umfasst die Radialkolbenpumpe 5 für ein Anti- Blockier-System einen elektromotorischen Antrieb 17 mit einem am Pumpen- gehäuse 24 befestigten Stator 15 und einen auf einer Motorwelle 19 befestigten Rotor 18. Der Wellenansatz 11 bzw. die Welle 12 ist mit der Motorwelle 19 drehfest verbunden bzw. an einstückig an dieser ausgebildet. Am freien Ende der Motorwelle 19 ist zentrisch zur Motorwelle 19 und zur Welle 12 ein Wellenendstück 20 ausgebildet, welches mittels eines zweiten Lagers 21 in dem Pumpengehäuse 24 abgestützt ist. Dieses zweite Lager 21 ist als Nadellager ausgebildet.
Gemäß der in Fg. 3 gezeigten Ausführungsform betätigt das exzentrische Wellenstück 11 bei einer Drehbewegung der Motorwelle 19 des Elektromotors die Pumpenstößel 8 und 9, um eine Bremsflüssigkeit in das Anti-Blockier-System zu pumpen. Bezugszeichenliste
1 Kugelrollenlager, Walzlager
2 Innenring
3 Außenring
4 Kugelrolle, Wälzkörper
5 Radialkolbenpumpe
6 Seitenfläche
7 Seitenfläche
8 Pumpenstößel
9 Pumpenstößel
10 Schmiermittelraum
11 Wellenansatz
12 Welle
13 Öffnung des Innenrings
13' Öffnung des Innenrings
14 Führungsrillen
15 Stator
16 Längsachse der Welle 12
17 Elektromotorische Antrieb
18 Rotor
19 Motorwelle
20 Wellenendstück
21 Zweites Lager
22 Längsachse des Wellenansatzes
23 Käfig
24 Pumpengehäuse

Claims

Patentansprüche
1. Wälzlager für eine Radialkolbenpumpe (5) mit einem Innenring (2) und einem Außenring (3) sowie mit zwischen diesen Lagerringen angeordneten Wälzkörpern, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager als Kugelrollenlager (1 ) ausgeführt ist, dessen Wälzkörper als Kugelrollen (4) mit jeweils zwei von einer Kugelgrundform abweichend abgeflachten sowie parallel zueinander angeordneten Seitenflächen (6, 7) ausgebildet sind.
2. Wälzlager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (2) eine zentrische oder eine exzentrische Umfangsgeomethe aufweist.
3. Wälzlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zentrische Innenring (2) an einem exzentrischen Wellenansatz (11 ) einer Welle (12) angeordnet ist.
4. Wälzlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der exzentrische Innenring (2) an einem zentrischen Wellenansatz einer Welle (12) angeordnet ist.
5. Wälzlager nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (2) und der Außenring (3) mit zueinander weisenden Führungsrillen (14) versehen sind, deren zu den Kugelrollen (4) weisenden Seiten an die kugelige Geometrie der Kugelrollen (4) angepasst sind.
6. Verwendung eines Kugelrollenlagers (1 ) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5 in einer Pumpe.
7. Verwendung nach Anspruch 6 in einer Radialkolbenpumpe (5) eines Kraft- fahrzeuges.
8. Verwendung nach Anspruch 7 in einer Radialkolbenpumpe (5) eines Anti- Blockier-Systems (ABS).
9. Verwendung nach zumindest einem der Ansprüche 6 bis 8 in einer Radialkolbenpumpe (5) mit mindestens einem Pumpenstößel (8, 9), der an einer exzentrischen Welle (12) oder einem exzentrischen Wellenansatz (11 ) o- der an einem Außenring (3) des Kugelrollenlager (1 ) radial anliegt.
10. Verwendung nach zumindest einem der Ansprüche 6 bis 9 in einer Radialkolbenpumpe (5) mit einem zweiten Lager (21 ), das zentrisch zur Welle (12) und exzentrisch zum exzentrischen Wellenansatz (11 ) angeordnet ist.
11. Verwendung nach zumindest einem der Ansprüche 6 bis 10 in einer Radialkolbenpumpe (5) mit einem elektromotorischen Antrieb (17).
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