Bezeichnung der Erfindung

Radialwälzlager für einen Kolbenverdichter, Taumelscheibenantrieb für den

Kolbenverdichter mit dem Radialwälzlager

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Radialwälzlager für einen Kolbenverdichter umfassend einen Außenring mit einer radial nach innen gewandten Lauffläche, eine Mehrzahl von Wälzkörpern, die ausgebildet und/oder angeordnet sind, um auf der Lauffläche des Außenrings abzurollen, wobei die Drehachsen der Wälz- körper gemeinsam einen Teilkreis definieren, und einen Wälzkörperkäfig zur Aufnahme und Führung der Wälzkörper, wobei der Wälzkörperkäfig zwei Seitenringe und eine Mehrzahl von profilierten Stegen umfasst, die jeweils einen parallel zur axialen Erstreckung des Radialwälzlagers ausgerichteten Mittelabschnitt aufweisen, welcher jeweils über zwei Randabschnitte mit den Seitenrin- gen einstückig verbunden ist, so dass durch die Stege und die Seitenringe Einzeltaschen für die Wälzkörper gebildet werden, wobei sich der Wälzkörperkäfig in radialer Richtung beidseitig zu dem Teilkreis erstreckt sowie einen Taumelscheibenantrieb für den Kolbenverdichter mit dem Radialwälzlager.

Hintergrund der Erfindung

Derartige Radialwälzlager werden auch als Radialwälzlager mit M - förmigen Käfig bezeichnet und sind beispielsweise aus der Druckschrift DE 44 44 449 A1 oder der Druckschrift DE 195 29 379 A1 bekannt. Beide Druckschriften zei- gen einen Wälzkörperkäfig, welcher über zwei Seitenringe verfügt, die über Stege miteinander verbunden sind, wobei die Stege derart profiliert sind, dass die Wälzkörper mit einem Mittelabschnitt, der radial innenseitig zu dem durch die Drehachsen der Wälzkörper gebildeten Teilkreis angeordnet ist, und mit

zwei sich an den Mittelabschnitt anschließenden Seitenabschnitten, die den Mittelabschnitt mit den Seitenringen verbinden und zumindest abschnittsweise radial außenseitig zu dem Teilkreis angeordnet sind, in Anlage kommen. In einem Längsschnitt durch den Wälzkörperkäfig liegen somit die Seitenab- schnitte in Flucht mit einem oberen Drittel des Wälzkörpers und der Mittelabschnitt in Flucht mit einem unteren Drittel des Wälzkörpers.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend vom bekannten Stand der Technik ein Radialwälzlager so weiterzubilden, dass es für die Lagerung im Anwendungsgebiet der Kolbenverdichter besonders geeignet ist sowie einen entsprechenden Antrieb vorzuschlagen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Radialwälzlager für einen Kolbenverdichter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie mit einem Antrieb für einen Kolbenverdichter mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bzw. den beigefügten Figuren.

Das erfindungsgemäße Radialwälzlager ist für die Verwendung in einem Kolbenverdichter, vorzugsweise für die Lagerung einer Taumelscheibenwelle im Antrieb des Kolbenverdichters, ausgebildet und/oder zumindest geeignet. Das Radialwälzlager umfasst einen Außenring mit einer radial nach innen gewand- ten Lauffläche sowie eine Mehrzahl von Wälzkörpern, die an der Lauffläche des Außenrings abrollen, wobei zum Zwecke der Definition die Drehachsen der Wälzkörper gemeinsam einen Teilkreis definieren. Ergänzend ist ein Wälzkörperkäfig vorgesehen, welcher zur Aufnahme und Führung der Wälzkörper ausgebildet ist und zwei Seitenringe und eine Mehrzahl von profilierten, sich in axialer Richtung erstreckende Stege umfasst. Jeder der Stege zeigt einen e- benfalls axial ausgerichteten Mittelabschnitt, der über insgesamt zwei Randabschnitte beidseits mit den Seitenringen einstückig verbunden ist, wobei durch die Profilierung der Stege und die Seitenringe Einzeltaschen für die Wälzkör-

per gebildet werden. Die Formgebung der Stege könnte auch als gekröpft bezeichnet werden.

Die Profilierung der Stege ist so ausgebildet, dass sich der Wälzkörperkäfig, insbesondere die Stege in radialer Richtung beidseitig zu dem Teilkreis erstrecken, so dass die Wälzkörper sowohl von Teilabschnitten des Wälzkörperkäfigs geführt werden, die außerhalb des Teilkreises angeordnet sind als auch von Teilabschnitten geführt werden, die innerhalb des Teilkreises liegen.

Erfindungsgemäß beträgt der radiale Abstand zwischen dem Teilkreis und der radialen Innenseite der Mittelabschnitte weniger als ein Viertel des Roll- oder Außendurchmessers der Wälzkörper. Es wird somit vorgeschlagen, dass der Innendurchmesser des Wälzkörperkäfigs soweit angehoben wird, dass zwischen dem freien Innendurchmesser des Wälzkörperkäfigs und dem Teilkreis eine Differenz von maximal 25 % des Wälzkörperdurchmessers besteht.

Durch die vorgeschlagene Maßnahme wird der Durchflussquerschnitt des Wälzkörperkäfigs in axialer Richtung erhöht, so dass Schmiermittel mit einem geringeren Strömungswiderstand in axialer Richtung durch das Radialwälzla- ger durchtreten kann. Damit kann das erfindungsgemäße Radialwälzlager vorteilhaft bei Anwendungsgebieten eingesetzt werden, bei denen das Radialwälzlager hinsichtlich einer Schmiermittelströmung strömungstechnisch in Reihe mit weiteren Elementen, zum Beispiel einem Axialwälzlager, geschaltet ist. Weitere Vorteile sind die Optimierung des Schmiermitteldurchflusses im Lagerbereich zur Verbesserung der Wärmeabfuhr, des Aufbaus eines elasto- hydrodynamischen Schmierfilms sowie zur Vermeidung von Verschleiß. Dabei ist das Radialwälzlager unter Montagegesichtspunkten kostengünstig zu fertigen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der Wälzkörperkäfig im Längsschnitt durch einen Steg einen M-förmigen bzw. -ähnlichen Verlauf auf. Insbesondere entspricht der Wälzkörperkäfig in der Grundform den bekannten M- förmigen Wälzkörperkäfigen. Vorzugsweise ist der Wälzkörperkäfig aus einem

Bandmaterial gestanzt und geprägt sowie nachfolgend stoffschlüssig, zum Beispiel über Laserstrahlschweißen, verbunden bzw. geschlossen.

Bei einer vorteilhaften Realisierung weist der Mittelabschnitt beidseitig eine sich in axialer Richtung erstreckende Anlagefläche für die Wälzköper auf, mit der jeweils einer der Wälzkörper geführt wird. Die jeweils zwei zu einer Einzeltasche gehörigen, gegenüberliegenden Anlageflächen sind im Querschnitt durch den Wälzkörperkäfig konusförmig oder -ähnlich angeordnet, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass diese einen Winkel von 45 bis 60 Grad zuein- ander einschließen. Mit dieser Maßnahme wird unterstützt, dass der Innendurchmesser des Wälzkörperkäfigs größtmöglich ausgeführt werden kann.

Bevorzugt weist der Käfig Innenhalterungen, die vorzugsweise als an den Mittelabschnitt jeweils beidseitig angeformte Halterungsabschnitte, insbesondere Halterungsnasen ausgebildet sind, auf denen die Anlageflächen angeordnet sind. Insbesondere weist jede Seite des Mittelabschnitts zwei Halterungsabschnitte auf. Vorzugsweise zeigen die Halterungsabschnitte jeweils im Bereich der Anlageflächen eine axiale Erstreckung von kleiner als 5 % der axialen Taschenbreite auf, so dass die Halterungsabschnitte bei einem typischen Radial- Wälzlager eine Breite zwischen 0,2 mm bis 0,4 mm aufweisen. Dadurch, dass die Käfigtaschen mit den Halterungsabschnitten so freigestellt sind, kann Schmiermittel in ausreichender Menge zur Schmierung der Wälzkörper zugeführt bzw. durchgeführt werden. Prinzipiell sollen die Käfigtaschen so ausgebildet sein, dass zur Schmierung der Wälzkörper ausreichend Schmiermittel in den Einzeltaschen gehalten werden kann, wobei optional Maßnahmen zur Vermeidung des Abtransportes des öls durch Zentrifugaleinflüsse getroffen werden können.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Mittelabschnitt an seiner Unterseite eine Anprägung auf, welche vorzugsweise als axiale verlaufende Schmiernut ausgebildet ist. Diese Anprägungen haben zum einen den Vorteil, dass der Schmiermittelfluss in axialer Richtung gefördert wird, auf der

anderen Seite wird fertigungstechnisch die Bildung der Halterungsabschnitte vereinfacht.

Optional ist der freie Innendurchmesser der Seitenringe größer als der TeN- kreis ausgebildet, so dass eine Abschottung des durchfließenden Schmiermittels durch die Seitenringe weitgehendst vermieden wird. Selbstverständlich muss bei dieser Maßnahme darauf geachtet werden, dass die Käfigsteifigkeit ausreichend gewährleistet ist.

Als Alternative oder Ergänzung kann vorgesehen sein, dass die Seitenringe axial durchgängige Auslassungen aufweisen, die z.B. in Form von Nuten ausgebildet sind. Vorzugsweise sind die Auslassungen im Umfang regelmäßig verteilt, insbesondere wird jedem Steg eine derartige Auslassung zugeordnet, wobei diese insbesondere fluchtend zu dem Steg angeordnet ist. Diese Aus- lassungen können randseitig geschlossen ausgebildet sein, bevorzugt ist jedoch, wenn diese randseitig geöffnet, zum Beispiel als halbrunde oder recht- eckförmige Auslassungen ausgebildet sind. Besonders bevorzugt sind die Auslassungen an der radialen Innenseite der Seitenringe angeordnet bzw. eingebracht.

Eine weitere vorteilhafte Maßnahme besteht darin, dass eines oder beide Borde des Außenrings mit ihrem freien Durchmesser größer als der Teilkreisdurchmesser ausgebildet sind. Analog wie der vergrößerte freie Durchmesser der Seitenringe unterstützt auch diese Maßnahme den freien Schmiermittel- durchfluss durch das Radialwälzlager.

Ebenfalls ist es möglich, dass einer oder beide Borde des Außenrings axial durchgängige Aussparungen, insbesondere Nuten aufweisen, die insbesondere regelmäßig im Umfang verteilt sind. Die Anzahl und die Form der Auslas- sungen sind beliebig nach fertigungstechnischen und konstruktiven Gesichtspunkten zu wählen. Auch durch diese Auslassungen wird der Durchflussquerschnitt des Radialwälzlagers vergrößert.

Bei einer bevorzugten praktischen Realisierung ist das Radialwälzlager als ein Nadellager ausgebildet, wobei der Außenring vorzugsweise als umformtech- nisch hergestellte Nadelbüchse mit einem Hart- und einem Bördelbord ausgebildet ist.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft einen Taumelscheibenantrieb für einen Kolbenverdichter mit einer Welle, die zur übertragung von Drehbewegungen auf eine Taumelscheibe ausgebildet ist, wobei die Welle durch ein Radialwälzlager und ein nachgeschaltetes Axialwälzlager gelagert ist, wobei das Radialwälzlager gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche bzw. der vorhergehenden Beschreibung realisiert ist. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Schmiermittelfluss in dem Taumelscheibentrieb so ausgebildet ist, dass das Radialwälzlager und das Axialwälzlager strömungstechnisch in Reihe geschalten sind, so dass durch das durchflussoptimierte Radialwälzlager das Axialwälzlager optimal mit Schmiermittel versorgt werden kann. Beispielsweise ist der Schmiermittelfluss in einem Kreislauf geschalten, wobei das Radialwälzlager und das Axialwälzlager unmittelbar aufeinander folgende, strömungstechnische Elemente bilden.

Zusammenfassend sind die Vorteile der Erfindung darin zu sehen, dass durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Radialwälzlagers mit dem durchflussopti- mierten Wälzkörperkäfig die eigene Lagerlebensdauer und die Lagerlebensdauer des nachgeschalteten Axiallagers deutlich gesteigert werden können. Durch die Optimierung des Schmiermitteldurchflusses im Lagerbereich wird eine Verbesserung des Aufbaus eines Schmierfilms, eine verbesserte Wärmeabfuhr sowie ein geringerer Verschleiß erreicht. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, dass der Durchflussquerschnitt des Radialwälzlagers zum einen in axialer Richtung und zum anderen in radialer Richtung zu den eigenen Wälzkörpern vergrößert wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie den beigefügten Figuren. Dabei zeigen:

Figuren 1 , 2 eine schematische Querschnittsdarstellung bzw. einen Detalaus- schnitt davon eines Radialwälzlagers als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Figuren 3, 4, 5 eine schematische Seitenansicht, radiale Draufsicht bzw. dreidimensionale Darstellung des Wälzkörperkäfigs in den Figuren 1 und 2;

Figuren 6, 7, 8 eine Abwicklung in Draufsicht, eine tangentiale Draufsicht auf einen Steg sowie eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A in der Figur 7, die jeweils schematisch den Wälzkörperkäfig zeigen;

Figuren 9, 10 den Außenring in den Figuren 1 und 2 als schematische, seitliche Draufsicht bzw. dreidimensionale Darstellung;

Figuren 1 1 , 12 eine seitliche Draufsicht bzw. einen Längsschnitt durch das Radialwälzlager in den Figuren 1 und 2;

Figur 13 ein Taumelscheibenantrieb für einen Kolbenverdichter z.B. eines Klimakompressors für kraftfahrzeugtechnische Anwendungen in einer schematischen Querschnittsdarstellung als ein Anwendungsbeispiel der Erfindung.

Einander entsprechende oder gleiche Teile sind in den Figuren jeweils mit einander entsprechenden oder gleichen Bezugszeichen versehen.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen

Die Figur 1 zeigt in einer schematischen Querschnittsdarstellung ein Radialwälzlager 1 als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches einen Außenring 2, eine Mehrzahl von tonnen- oder nadelförmigen Wälzkörpern 3 aufweist, die in einem Wälzkörperkäfig 4 geführt sind. Das Radialwälzlager 1 ist innenringfrei ausgebildet, wobei die innere Lauffläche für die Wälzkörper 3 von einer Welle oder dergleichen zur Verfügung gestellt wird.

Die Figur 2 zeigt einen Detailausschnitt aus der Figur 1 in gleicher Darstellung, wobei mit einer gestrichelten Linie ein Teilkreis 5 markiert ist, welcher durch die Drehmittelpunkte der Wälzkörper 3 geführt ist. Zwischen den Wälzkörpern 3 ist jeweils ein Steg 6 des Wälzkörperkäfigs 4 angeordnet, wobei die radial nach innen gerichteten Unterseiten der Stege 6 gemeinsam den freien Durchmesser des Wälzkörperkäfigs 4 definieren. Ein zu dem freien Durchmesser korrespondierende Kreis ist mit dem Bezugszeichen 7 versehen. Der Abstand in radialer Richtung zwischen dem Kreis 7 und dem Teilkreis 5, welcher beispielhaft bei dem linken Wälzkörper 3 mit d bezeichnet ist, ist kleiner als ein Viertel des Wälzkörperdurchmesser D ausgebildet. Mit dieser Maßnahme ist sichergestellt, dass der Durchflussquerschnitt in axialer Richtung durch das Radialwälzlager 1 , also senkrecht zur Blattebene, für ein Schmiermittel größtmöglich realisiert ist.

Um den Durchflussquerschnitt weiter zu erhöhen, weist jeder Steg 6 Anprä- gungen 8 auf, welche im gezeigten Querschnitt dreiecksförmig ausgebildet sind und sich in axialer Richtung an der Unterseite der Stege 6 als Schmiernuten erstrecken. Durch die Anprägungen 8 wird der Durchflussquerschnitt des Radialwälzlagers 1 weiter erhöht.

Zur besseren Beschreibung des Wälzkörperkäfigs 4 wird auf die Figuren 3, 4 und 5 verwiesen, die den Wälzkörperkäfig 4 in einer seitlichen Draufsicht, einer schematischen dreidimensionalen Darstellung schräg von der Seite und in radialer Draufsicht darstellen. Der Wälzkörperkäfig 4 weist beidseitig einen Sei-

tenring 9 auf, wobei die Seitenringe 9 durch die Stege 6, die dem Umfang gleichmäßig verteilt sind, einstückig verbunden sind. Die Stege 6 weisen jeweils einen Mittelabschnitt 10 sowie zwei Seitenabschnitte 11 auf, welche den Mittelabschnitt 10 mit den Seitenringen 9 verbinden. Die Mittelabschnitte 10 sind gegenüber dem Außendurchmesser der Seitenringe 9 radial nach innen versetzt und parallel zur axialen Erstreckung des Wälzkörperlagers 1 angeordnet. Die Mittelabschnitte 10 weisen jeweils beidseitig zwei nasenförmige Halterungsabschnitte 12 auf, welche an deren freien Enden Anlageflächen für die Wälzkörper 3 bilden, wobei die Art der Anlage in der Figur 3 schematisch dar- gestellt ist.

Neben den Anprägungen 8 und dem vergrößerten, freien Innendurchmesser des Wälzkörperkäfigs 4 kann als weitere Maßnahme vorgesehen sein, dass die Seitenringe 9 jeweils axial durchgängige Auslassungen 13 aufweisen, welche in den Figuren 3 und 4 beispielhaft als halbrunde oder rechteckförmige in axialer Richtung durchgängige Nuten ausgebildet sind. Diese Auslassungen 13 sind bevorzugt an der radialen Innenseite der Seitenringe 9 angeordnet. Während - wie aus der Figur 3 ersichtlich ist - der Innendurchmesser der Seitenringe 9 bei der gezeigten Ausführungsform im Wesentlichen dem Teilkreis 5 der Wälzkörper 3 entspricht, kann bei abgewandelten Ausführungsformen der Innendurchmesser auch größer als der Teilkreis ausfallen, so dass der Durchflussquerschnitt des Radialwälzlagers 1 weiter vergrößert ist.

Die Figuren 6 bis 8 zeigen eine Draufsicht auf eine Abwicklung des Wälzkör- perkäfigs 4, eine Seitenansicht bzw. eine Schnittansicht entlang der Linie A - A in Figur 7. Der Figur 6 ist die Form der Einzeltaschen zur Aufnahme der Wälzkörper 3 gut entnehmbar. Die Einzeltaschen haben einen rechteckförmigen Grundquerschnitt, wobei eine typische Breite der Einzeltaschen in axialer Erstreckung ca. 8 mm ist. Deutlich zu erkennen sind nochmals die Halterungs- abschnitte 12, welche jeweils beidseitig an den Stegen 6 angeordnet sind und jeweils eine Anlagefläche mit einer Breite in axialer Erstreckung von 0,2 bis 0,4 mm bereitstellen.

Die Figur 7 zeigt eine Draufsicht in azimutaler Richtung auf den Wälzkörperkäfig 4, wobei der M-förmige Verlauf deutlich zu erkennen ist. Die senkrechten Schenkel des Ms werden dabei durch die Seitenringe 9, der Mittelabschnitt des „M" durch den Mittelabschnitt 10 und die geschwungenen Seitenabschnitte 11 gebildet. Die Figur 8, welche einen Querschnitt entlang der Schnittlinie A - A in Figur 7 zeigt, offenbart die Neigung von den Anlageflächen 14 an den Stegen 6 bzw. den Halterungsabschnitten 12. Die Anlageflächen 14 einer Einzeltasche sind zueinander geneigt angeordnet, so dass diese einen Winkel von 45 - 60 Grad einschließen.

Die Figuren 9 und 10 zeigen eine seitliche Draufsicht bzw. eine schematische dreidimensionale Darstellung des Außenrings 2, aus denen zu entnehmen sind, dass umfangsseitig regelmäßig verteilt Auslassungen 15 eingebracht sind, die sich als axiale Nuten in den Borden 16 bzw. 17 des Außenrings 2 erstrecken. Diese Auslassungen 15 sind im Querschnitt beispielsweise halbrund oder rechteckförmig ausgebildet.

Die Figuren 11 und 12 illustrieren eine Draufsicht auf bzw. einen Längsschnitt durch das zusammengesetzte Radialwälzlager 1 , wobei zu erkennen ist, dass der Durchflussquerschnitt Radialwälzlagers 1 einerseits durch den vergrößerten, freien Innendurchmesser des Wälzkörperkäfigs 4 und andererseits durch die Auslassungen 15 an dem Außenring 2 deutlich verbessert ist.

Die Figur 13 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Kolben- Verdichters, welcher nur im Bereich eines Taumelscheibenantriebs 18 ausschnittsweise dargestellt ist. Die Kraftübertragung zu dem Taumelscheibenantrieb 18 erfolgt über eine Riemenscheibe 19, welche über einen nichtdarge- stellten Riemen angetrieben wird. Die Drehbewegung der Riemenscheibe 19 wird auf eine Welle 20 übertragen, die sich in der Figur 13 waagrecht erstreckt. An dem der Riemenscheibe 19 gegenüberliegenden Endabschnitt der Welle 20 ist eine Taumelscheibe 21 drehfest angesetzt, die bei einer Rotation der Welle 20 ebenfalls in Drehbewegung versetzt wird. Die axiale Bewegungskomponente der Taumelbewegung der Taumelscheibe 21 wird über ein Pleuel 22 abge-

nommen, welches in nicht dargestellter Weise mit einem Kolben des Kolbenverdichters verbunden ist. Die Kraftübertragung erfolgt von der Taumelscheibe 21 über die zusätzliche gelagerte Verbindungsscheibe 23 auf das Pleuel 22. Derartige Kolbenverdichter werden beispielsweise bei Klimakompressoren in Fahrzeugen eingesetzt.

Zur Lagerung der Welle 20 ist das Radialwälzlager 1 , welches im Aufbau beispielsweise den Figuren 1 bis 12 entspricht, sowie ein Axialwälzlager 24 vorgesehen, welche entlang der Welle 20 in Serie geschaltet sind. Die Schmie- rung der Wälzlager 1 und 24 erfolgt über einen Schmierölkreislauf, wobei das Schmieröl durch das Radialwälzlager 1 in das Axialwälzlager 24 fließt, so dass durch den strömungsoptimierten Aufbau des Radialwälzlagers 1 auch die Schmierung in dem Axialwälzlager 24 verbessert wird.

Bezugszeichen

1 Radialwälzlager

2 Außenring

3 Wälzkörper

4 Wälzkörperkäfig

5 Teilkreis

6 Steg

7 Kreis

8 Anprägungen

9 Seitenring, Stege

10 Stege

10 Mittelabschnitt

11 Seitenabschnitt

12 Halterungsabschnitt

13 Auslassungen

14 Anlageflächen

15 Auslassungen

16, 17 Bord

18 Taumelscheibenantheb

19 Riemenscheibe

20 Welle

21 Taumelscheibe

22 Pleuel

23 Verbindungsscheibe

24 Axialwälzlager