DE102020215977A1

DE102020215977A1 - roller bearing

Info

Publication number: DE102020215977A1
Application number: DE102020215977.7A
Authority: DE
Inventors: Timo Kiekbusch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-12-16
Filing date: 2020-12-16
Publication date: 2022-06-23

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Wälzlager (52) mit Wälzkörpern (58), die zwischen einem Außenring (54) und einem Innenring (56) geführt sind. Ein Wälzkörpersatz eines Wälzlagers (52) weist eine Anzahl von Wälzkörpern (58) auf, die einen vom Durchmesser der verbleibenden Wälzkörper (58) des Wälzkörpersatzes abweichenden Durchmesser (66) aufweisen und/oder die eine von der Oberflächentopologie der verbleibenden Wälzkörper (58) des Wälzkörpersatzes abweichende Topologie (70) ihrer Oberflächen (68) aufweisen. Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung der Wälzkörper (58) an einer elektrischen Maschine (8) eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs oder die Verwendung der Wälzlager (58) an einem Getriebe.

The invention relates to a roller bearing (52) with roller bodies (58) which are guided between an outer ring (54) and an inner ring (56). A set of rolling elements of a rolling bearing (52) has a number of rolling elements (58) which have a diameter (66) that differs from the diameter of the remaining rolling elements (58) of the rolling element set and/or which differ from the surface topology of the remaining rolling elements (58) of the Rolling elements have different topology (70) of their surfaces (68). In addition, the invention relates to the use of the rolling elements (58) on an electric machine (8) of an electrically driven vehicle or a hybrid vehicle or the use of the rolling bearing (58) on a transmission.

Description

Technisches Gebiettechnical field

Die Erfindung bezieht sich auf ein Wälzlager mit Wälzkörpern, die zwischen einem Außenring und einem Innenring geführt sind sowie auf die Verwendung des Wälzlagers an einer elektrischen Maschine eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs oder eine Verwendung des Wälzlagers an einem Getriebe.The invention relates to a roller bearing with roller bodies that are guided between an outer ring and an inner ring and to the use of the roller bearing in an electric machine of an electrically driven vehicle or a hybrid vehicle or the use of the roller bearing in a transmission.

Stand der TechnikState of the art

DE 10 2017 109 050 A1 hat eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Reduktion einer Lagerspannung zwischen einer Welle und einem Gehäuse zum Gegenstand, wobei ein Wälzlager eine Kapazität aufweist, zu dem elektrisch parallel eine weitere Kapazität zwischen Welle und Gehäuse vorliegt. Eine zusätzliche Bypass-Kapazität wird ebenfalls elektrisch parallel dazu angeordnet. Der kapazitive Bypass wird insbesondere konstruktiv realisiert. Dabei können die Form der Welle und/oder des Gehäuses oder die Lager zueinander so ausgestaltet sein, dass die Kapazität zwischen Welle und Gehäuse erhöht wird. Ferner kann die Welle zum Beispiel eine Verdickung aufweisen, so dass der Abstand zum Gehäuse verringert wird und der dazwischen befindliche Laufspalt verkleinert wird. Weiterhin kann ein breiteres Lager verwendet werden oder es kann ein eigenständiges kapazitives Bauteil eingebaut werden. DE 10 2017 109 050 A1 relates to a device and a method for reducing a bearing stress between a shaft and a housing, with a roller bearing having a capacitance which is electrically parallel to a further capacitance between the shaft and the housing. An additional bypass capacitance is also arranged electrically in parallel with it. The capacitive bypass is realized in particular structurally. The shape of the shaft and/or the housing or the bearing relative to one another can be configured in such a way that the capacity between the shaft and the housing is increased. Furthermore, the shaft can have a thickening, for example, so that the distance to the housing is reduced and the running gap therebetween is reduced. Furthermore, a wider bearing can be used or a separate capacitive component can be installed.

DE 10 2008 035 613 A1 hat ein Verfahren und eine Anordnung zur Lagerstromüberwachung einer elektrischen Maschine zum Gegenstand, wobei mit einer in einem Abstand zu einer Welle angeordneten Elektrode und mit der Welle eine Messkapazität gebildet wird. Im Falle einer Unwucht der Welle ändert sich der Abstand zwischen der Welle und der Elektrode während der Rotation der Welle ortsabhängig, so dass zusätzlich ein Stromanteil auftritt, der allein auf die zeitliche Variation des Spaltes zurückgeführt werden kann. Als elektrische Maschine wird insbesondere ein Elektromotor oder ein elektrischer Generator eingesetzt. Es werden Lager offenbart, die eine Vielzahl von Wälzkörpern aufweisen. Ein Schmiermittelfilm führt zu einer elektrischen Isolation, die ihrerseits von der Viskosität des eingesetzten Schmiermittels abhängt. Je nach Maschinengröße kann sich eine Spannung zwischen Welle und Gehäuse aufbauen, die von den Eigenschaften des Lagers, von der Motoransteuerung, von der Qualität des Lagers selbst, zum Beispiel hinsichtlich Riefen oder Rauigkeiten abhängen kann. Ab einer bestimmten Spannung versagt die Isolation des Schmiermittelfilms und es tritt ein Lagerstrom auf. DE 10 2008 035 613 A1 relates to a method and an arrangement for monitoring the bearing current of an electrical machine, a measuring capacitance being formed with an electrode arranged at a distance from a shaft and with the shaft. If the shaft is unbalanced, the distance between the shaft and the electrode changes depending on the location during the rotation of the shaft, so that a current component also occurs that can be attributed solely to the variation of the gap over time. In particular, an electric motor or an electric generator is used as the electric machine. Bearings are disclosed that have a plurality of rolling elements. A film of lubricant leads to electrical insulation, which in turn depends on the viscosity of the lubricant used. Depending on the size of the machine, tension can build up between the shaft and the housing, which can depend on the properties of the bearing, the motor control, and the quality of the bearing itself, for example with regard to scoring or roughness. Above a certain voltage, the insulation of the lubricant film fails and a bearing current occurs.

Das Auftreten eines Lagerstroms führt bei Wälzlagern, die an Achsen, E-Achsen und generell im Antriebsstrang eines elektrischen Fahrzeugs eingesetzt werden, zu Schäden. Der Stromdurchgang kann zu Veränderung und/oder Schädigung der Oberflächen von Ringen oder kugelförmigen Wälzkörpern führen und/oder die Schmierfähigkeit des eingesetzten Schmierstoffs, so zum Beispiel Fett oder Öl, negativ beeinflussen. Ein auftretender Stromdurchgang kann die Gebrauchsdauer des eingesetzten Wälzlagers deutlich herabsetzen. Ferner kann ein Stromdurchgang das Noise-Vibration-Harshness-Verhalten des entsprechenden Wälzlagers sehr negativ beeinflussen.The occurrence of a bearing current leads to damage in rolling bearings that are used on axles, e-axles and generally in the drive train of an electric vehicle. The passage of current can lead to changes and/or damage to the surfaces of rings or spherical rolling bodies and/or negatively affect the lubricity of the lubricant used, such as grease or oil. Any current leakage that occurs can significantly reduce the service life of the rolling bearing used. Furthermore, a passage of current can have a very negative effect on the noise-vibration-harshness behavior of the corresponding roller bearing.

Zur Vermeidung von Stromschädigungen wurden bisher Ableitmaßnahmen, Isolation sowie eine Veränderung des elektrischen Systems erprobt, wobei diese Maßnahmen jedoch in der Regel mit zusätzlichen Kosten verbunden sind. Eine Indikation zusätzlicher Maßnahmen erfordert in der Regel eine Anpassung der umgebenden Bauteile, so dass die Integration insbesondere bei fortgeschrittenen Projekten sehr aufwändig werden kann. Des Weiteren führen die Maßnahmen zu einer negativen Beeinflussung von Gewichteffizienz oder, wie obenstehend bereits erwähnt, dem erreichbaren Noise-Vibration-Harshness-Verhalten.In order to avoid current damage, discharge measures, insulation and a change in the electrical system have been tried so far, although these measures are usually associated with additional costs. An indication of additional measures usually requires an adjustment of the surrounding components, so that the integration can be very complex, especially in advanced projects. Furthermore, the measures lead to a negative impact on weight efficiency or, as already mentioned above, the achievable noise-vibration-harshness behavior.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung folgend wird ein Wälzlager vorgeschlagen mit Wälzkörpern, die zwischen einem Außenring und einem Innenring geführt sind, wobei ein Wälzkörpersatz eines Wälzlagers eine Anzahl von Wälzkörpern aufweist, die eine von einer Oberflächentopologie im Wälzkörpersatz verbleibender Wälzkörper abweichende Topologie ihrer Oberfläche aufweisen.According to the solution proposed according to the invention, a roller bearing is proposed with roller bodies which are guided between an outer ring and an inner ring, with a roller body set of a roller bearing having a number of roller bodies which have a topology of their surface which differs from a surface topology of the roller bodies remaining in the roller body set.

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung wird eine lagerstrombedingte Schädigung im Lager und/oder im Schmierstoff in der entsprechenden Anwendung vermieden, ohne dass zum Lagerschutz zusätzliche Komponenten eingesetzt werden müssten. Es können insbesondere Schädigungen von Oberflächen der Wälzkörper beziehungsweise der Laufringe vermieden werden, des Weiteren kann das Noise-Vibration-Harshness-Verhalten eines erfindungsgemäß vorgeschlagenen Wälzlagers zumindest beibehalten werden.The solution proposed according to the invention avoids damage in the bearing and/or in the lubricant caused by bearing current in the corresponding application without the need for additional components to protect the bearing. In particular, damage to the surfaces of the rolling bodies or the races can be avoided, and the noise-vibration-harshness behavior of a rolling bearing proposed according to the invention can at least be maintained.

In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung sind einer oder mehrere Wälzkörper des Wälzkörpersatzes mit abweichender Oberflächentopologie, z. B. einer größeren Oberflächenrauheit, in einer anderen Wälzkörperklasse ausgeführt verglichen mit den im Wälzkörpersatz verbleibenden Wälzkörper.In a further embodiment of the solution proposed according to the invention, one or more rolling elements of the rolling element set with a different surface topology, e.g. B. a greater surface roughness, performed in a different class of rolling elements compared to the rolling elements remaining in the rolling element set.

In vorteilhafter Weise kann bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung eine Verringerung der Schmierfilmhöhe innerhalb des Wälzlagers erreicht werden. Diese Verringerung der Schmierfilmhöhe an einem oder mehreren Wälzkörpern kann die im Lager auftretenden Durchschläge auf die variiert ausgeführten Wälzkörper beschränken und damit insgesamt die Schädigung von Lagerringen und Schmierstoff verringern.Advantageously, with the solution proposed according to the invention, a reduction in the lubricating film height within the roller bearing can be achieved. This reduction in the thickness of the lubricating film on one or more rolling elements can limit the punctures that occur in the bearing to the differently designed rolling elements and thus reduce overall damage to the bearing rings and the lubricant.

Beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Wälzlager handelt es sich um ein solches, welches ausgewählt ist aus der Gruppe von Wälzlagern umfassend: Radialrillenkugellager, Schrägkugellager, Axialrillenkugellager, Pendelkugellager, Radialzylinderrollenlager, Axialzylinderrollenlager, Kegelrollenlager, Pendelrollenlager sowie Nadellager.The roller bearing proposed according to the invention is one that is selected from the group of roller bearings comprising: radial deep groove ball bearings, angular contact ball bearings, axial deep groove ball bearings, self-aligning ball bearings, radial cylindrical roller bearings, axial cylindrical roller bearings, tapered roller bearings, spherical roller bearings and needle bearings.

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Wälzlager lässt sich in vorteilhafter Weise entweder nur als A-Lager oder nur als B-Lager oder an beiden Lagerstellen, nämlich auf der A-Lagerseite und auf der B-Lagerseite einer elektrischen Maschine einsetzen.The roller bearing proposed according to the invention can advantageously be used either only as an A bearing or only as a B bearing or at both bearing points, namely on the A bearing side and on the B bearing side of an electrical machine.

Beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Wälzlager können neben einer Varianz von Durchmessern eine Anzahl von Wälzkörpern des Wälzkörpersatzes des Wälzlagers abweichende Topologien der Oberflächen der Wälzkörper in Gestalt größerer Rauheiten ausgebildet werden.In the case of the roller bearing proposed according to the invention, in addition to a variance in diameters, a number of roller bodies of the roller body set of the roller bearing can have different topologies of the surfaces of the roller bodies in the form of greater roughness.

In weiterer vorteilhafter Ausbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Wälzlagers kann die abweichende Topologie der Oberfläche der Wälzkörper beispielsweise durch Veränderungen im Finishing-Prozess und/oder hinsichtlich einer Variation der Prozesszeit realisiert werden. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Wälzlager lässt sich in vorteilhafter Weise an einer elektrischen Maschine eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs einsetzen, ebenso wie an einem Getriebe, dessen Eingangswelle elektrisch leitend mit der Rotorwelle der elektrischen Maschine verbunden ist. Diese Verbindung kann beispielsweise über eine form- oder kraftschlüssig ausgeführte Verbindung, zum Beispiel in Gestalt einer Steckverzahnung erfolgen. Auch besteht die Möglichkeit, die Rotorwelle der elektrischen Maschine und die Getriebeeingangswelle des dieser zugeordneten Getriebes als ein Bauteil auszuführen. Das Getriebe kann beispielsweise mit einer Steckverzahnung mit der elektrischen Maschine beziehungsweise deren Rotorwelle verbunden sein. Hier besteht ein metallischer Kontakt und somit ist diese Verbindung elektrisch leitend.In a further advantageous embodiment of the rolling bearing proposed according to the invention, the different topology of the surface of the rolling bodies can be implemented, for example, by changes in the finishing process and/or with regard to a variation in the process time. The roller bearing proposed according to the invention can advantageously be used on an electric machine of an electrically driven vehicle or a hybrid vehicle, as well as on a transmission whose input shaft is electrically conductively connected to the rotor shaft of the electric machine. This connection can be made, for example, via a positive or non-positive connection, for example in the form of a spline. There is also the possibility of designing the rotor shaft of the electrical machine and the transmission input shaft of the transmission assigned to it as one component. The transmission can be connected to the electric machine or its rotor shaft, for example, with a spline. There is a metallic contact here and this connection is therefore electrically conductive.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the Invention

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann insbesondere erreicht werden, dass eine Anpassung umgebender Bauteile vermieden werden kann und die Integration der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung im Wesentlichen bauraum- und gewichtsneutral vorgenommen werden kann. Durch diese Vorteile wiederum können kosten- und aufwandsintensive Modifikationen am Gesamtkonzept „elektrische Maschine“ - um ein Beispiel zu nennen - in vorteilhafter Weise vermieden werden. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Wälzlager kann sowohl als A-Lager oder als B-Lager oder an beiden Lagerstellen einer elektrischen Maschine eingesetzt werden.The solution proposed according to the invention can be achieved in particular in that an adaptation of surrounding components can be avoided and the integration of the solution proposed according to the invention can be carried out essentially neutrally in terms of installation space and weight. These advantages in turn mean that costly and time-consuming modifications to the overall “electrical machine” concept—to name one example—can advantageously be avoided. The roller bearing proposed according to the invention can be used both as an A bearing or as a B bearing or at both bearing points of an electrical machine.

Beispielsweise kann in vorteilhafter Weise durch eine Variation der Oberflächentopologie der Wälzkörper einer Anzahl von Wälzkörpern im Wälzkörpersatz die Beanspruchung der Kontakte zwischen diesen und den Ringen erhöht werden, wodurch sich eine geringere Schmierfilmhöhe einstellt, die wiederum bei Betrieb im Mischreibungsbereich zu einer Ableitung von Lagerströmen über metallische Rauheitskontakte führt, so dass keine die Bauteile schädigenden Durchschlagsströme auftreten. Eine Verringerung der Schmierfilmhöhe der entsprechenden Wälzkörper führt zu einem verringerten Spannungsniveau der Durchschlagsspannungen, was sich wiederum in einem geringeren, potentiell schädigenden Energieeintrag in das Wälzlager auswirkt. Eine verringerte Schmierfilmhöhe der entsprechend modifizierten Wälzkörper innerhalb des Wälzkörpersatzes führt zu einer höheren elektrischen Gesamtkapazität des Wälzlagers und damit einer geringeren Lagerbeziehungsweise Wellenspannung innerhalb der elektrischen Maschine.For example, by varying the surface topology of the rolling elements of a number of rolling elements in the rolling element set, the stress on the contacts between these and the rings can be increased in an advantageous manner, which results in a lower lubricating film height, which in turn leads to a discharge of bearing currents via metallic Roughness contacts, so that no breakdown currents that damage the components occur. A reduction in the lubricating film height of the corresponding rolling elements leads to a reduced voltage level of the breakdown voltages, which in turn results in a lower, potentially damaging energy input into the rolling bearing. A reduced lubricating film height of the correspondingly modified rolling elements within the rolling element set leads to a higher overall electrical capacity of the rolling bearing and thus to a lower bearing or shaft voltage within the electrical machine.

Ein häufigerer Betrieb der entsprechend modifizierten Wälzkörper im Bereich der Mischreibung führt zu einer Ableitung der Lagerströme über die metallischen Rauheitskontakte, so dass die die Bauteile schädigenden Durchschlagsströme nicht auftreten. Des Weiteren lässt sich in analoger Weise eine Verringerung einer lokalen Schmierfilmhöhe an den Rauheitsspitzen der entsprechenden Wälzkörper erreichen, was zu einer Durchschlagsspannung führt, was wiederum einen geringeren, potenziell schädigenden Energieeintrag in das Wälzlager zur Folge hat.If the correspondingly modified rolling elements are operated more frequently in the area of mixed friction, the bearing currents are dissipated via the metallic roughness contacts, so that the breakdown currents that damage the components do not occur. Furthermore, a reduction in a local lubricating film height at the roughness peaks of the corresponding rolling bodies can be achieved in an analogous manner, which leads to a breakdown voltage, which in turn results in a lower, potentially damaging energy input into the rolling bearing.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Ausbildung des Wälzlagers erfordert keine neuen Fertigungsschritte und/oder Fertigungsprozesse hinsichtlich der Fertigung der Wälzlagerkomponenten. Die erfindungsgemäßen Eigenschaften können im Endmontageprozess eines Wälzlagers realisiert werden.The design of the roller bearing proposed according to the invention does not require any new manufacturing steps and/or manufacturing processes with regard to the manufacture of the roller bearing components. The properties according to the invention can be realized in the final assembly process of a roller bearing.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Ausbildung des Wälzlagers kann außer an Radialrillenkugellagern auch an weiteren Wälzlagertypen, wie zum Beispiel Schrägkugellagern, Axialrillenkugellagern, Pendelkugellagern, Radialzylinderrollenlagern, Axialzylinderrollenlagern, Kegelrollenlagern, Pendelrollenlagern und Nadellagern Verwendung finden.The design of the roller bearing proposed according to the invention can be used not only on radial deep groove ball bearings but also on other types of roller bearings, such as angular contact ball bearings, axial deep groove ball bearings, self-aligning ball bearings, radial cylindrical roller bearings, axial cylindrical roller bearings, tapered roller bearings, spherical roller bearings and needle bearings.

Figurenlistecharacter list

Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawings and the following description.

Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer elektrischen Maschine mit zugeordnetem Getriebe sowie Verzahnungen samt Wellen,
2 eine perspektivische, teilweise aufgebrochene Ansicht eines erfindungsgemäß vorgeschlagenen Wälzlagers und
3.1 - 3.3 Schmierfilmhöhen im Bereich von Flüssigkeitsreibung, Mischreibung und Grenzreibung zwischen Wälzkörpern und Lagerelementen.

Show it:

1 a schematic representation of an electrical machine with associated gear and gearing including shafts,
2 a perspective, partially broken view of an inventively proposed rolling bearing and
3.1 - 3.3 Lubricating film heights in the area of liquid friction, mixed friction and boundary friction between rolling elements and bearing elements.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.In the following description of the embodiments of the invention, the same or similar elements are denoted by the same reference symbols, with a repeated description of these elements being dispensed with in individual cases. The figures represent the subject matter of the invention only schematically.

1 zeigt eine elektrische Maschine 8, auf deren Rotorwelle 10 ein Rotor 12 aufgenommen ist. Der Rotor 12 ist vom hier nicht dargestellten Stator umgeben, der in einen Gehäusesitz der elektrischen Maschine eingelassen ist. Aus der Darstellung gemäß 1 geht hervor, dass die Rotorwelle 10 der elektrischen Maschine 8 in einem A-Lager 16 und einem B-Lager 14 drehbar aufgenommen ist. Über einen Radialwellendichtring 18 ist die elektrische Maschine 8 von einem seitlich angeordneten Getriebe abgeschirmt. Im Getriebe zirkulierender Schmierstoff wird über den Radialwellendichtring 18 daran gehindert, in die elektrische Maschine 8 überzutreten. 1 shows an electrical machine 8, on the rotor shaft 10 of which a rotor 12 is accommodated. The rotor 12 is surrounded by the stator, not shown here, which is embedded in a housing seat of the electrical machine. According to the illustration 1 shows that the rotor shaft 10 of the electric machine 8 is rotatably accommodated in an A bearing 16 and a B bearing 14 . A radial shaft sealing ring 18 shields the electric machine 8 from a transmission arranged on the side. Lubricant circulating in the transmission is prevented from entering the electrical machine 8 via the radial shaft sealing ring 18 .

1 zeigt des Weiteren, dass eine Getriebeeingangswelle 20 über eine Steckverzahnung 34 mit der Rotorwelle 10 der elektrischen Maschine 8 verbunden ist. Die Getriebeeingangswelle 20 ist in einem ersten Lager 22 und einem zweiten Lager 24 drehbar aufgenommen. Das erste Lager 22 sowie das zweite Lager 24 sind in der Darstellung gemäß 1 als Kugellager ausgebildet. Aus 1 geht des Weiteren hervor, dass ein Fortsatz der Getriebeeingangswelle 20 in einen Hohlraum 26 mittels der Steckverzahnung 34 eingesteckt ist. 1 FIG. 12 also shows that a transmission input shaft 20 is connected to rotor shaft 10 of electric machine 8 via splines 34 . The transmission input shaft 20 is rotatably accommodated in a first bearing 22 and a second bearing 24 . The first bearing 22 and the second bearing 24 are shown in accordance with FIG 1 designed as a ball bearing. Out of 1 also reveals that an extension of the transmission input shaft 20 is inserted into a cavity 26 by means of the splines 34 .

Auf der Getriebeeingangswelle befindet sich ein Ritzel 28. Dieses kämmt mit der Verzahnung eines Zahnrads 32, die auf einer Zwischenwelle 30 des Getriebes aufgenommen ist. Die Zwischenwelle 30 kann beispielsweise - wie in 1 dargestellt - als Hohlwelle ausgeführt sein und ist in einem ersten Kegelrollenlager 36 beziehungsweise in einem zweiten Kegelrollenlager 38 drehbar aufgenommen. Die Zwischenwelle 30 umfasst einen Ritzelabschnitt 40, der seinerseits mit einem Differentialzahnrad 46 eines Achsdifferentials 42 zusammenwirkt, welches in der Darstellung gemäß 1 durch einen Käfig 44 angedeutet ist. Im Käfig 44 des Achsdifferentials 42 befinden sich ein erster Abtrieb 48 sowie ein zweiter Abtrieb 50 sowie hier nicht dargestellte angetriebene Räder, beispielsweise eines elektrischen Fahrzeugs.There is a pinion 28 on the transmission input shaft. This meshes with the toothing of a gear wheel 32 which is accommodated on an intermediate shaft 30 of the transmission. The intermediate shaft 30 can, for example - as in 1 shown - be designed as a hollow shaft and is rotatably accommodated in a first tapered roller bearing 36 or in a second tapered roller bearing 38 . The intermediate shaft 30 includes a pinion section 40, which in turn interacts with a differential gear 46 of an axle differential 42, which is shown in accordance with FIG 1 is indicated by a cage 44. In the cage 44 of the axle differential 42 there are a first output 48 and a second output 50 as well as driven wheels, not shown here, for example of an electric vehicle.

Der perspektivischen Ansicht gemäß 2 ist ein teilweise geschnitten dargestelltes Wälzlager 52 zu entnehmen. Aus der Darstellung gemäß 2 geht hervor, dass das Wälzlager 52 eine Anzahl von Wälzkörpern 58 aufweist. Die Wälzkörper 58 sind in der Darstellung gemäß 2 beispielsweise in Kugelform dargestellt. Daher handelt es sich in der Darstellung gemäß 2 um ein geschnitten dargestelltes Kugellager. Die einzelnen, hier kugelförmig ausgebildeten Wälzkörper 58 sind zwischen einem Innenring 56 und einem Außenring 54 des Wälzlagers 52 aufgenommen. Die einzelnen Wälzkörper 58 des Wälzlagers 52 sind in einem Käfig 60 (Käfig 44 gibt es auch!) angeordnet. Das Wälzlager 52 gemäß der Darstellung in 2 kann eine die Wälzkörper 58 abschirmende erste Scheibe 62 sowie eine dieser gegenüberliegende, die Wälzkörper 58 von der anderen Seite abschirmende, zweite Scheibe 64 aufweisen. Durch den Käfig 60 werden die in der Darstellung gemäß 2 kugelförmig ausgebildeten Wälzkörper 58 in einem Radialabstand 72 zueinander entlang der Umfänge von Außenring 54 und Innenring 56 des Wälzlagers 52 positioniert. Das Wälzlager 52 umfasst eine bestimmte Anzahl von Wälzkörpern 58 entsprechend der Tragfähigkeit des Wälzlagers 52, wobei die Wälzkörper 58 - hier in Kugelform dargestellt - einen Wälzkörpersatz beziehungsweise einen Kugelsatz bilden. Eine Variation des Durchmessers der verschiedenen Wälzkörper 58 eines Wälzkörpersatzes des Wälzlagers 52 wird durch eine Vorsortierung der Wälzkörper 58 in bestimmte Durchmesserklassen eingeschränkt. Die Variation des Durchmessers innerhalb einer Durchmesserklasse liegt beispielsweise bei +/- 0,5 mm. Alle Wälzkörper 58 eines Wälzlagers 52 gehören zu einer Durchmesserklasse und variieren daher in ihrem Durchmesser minimal. Innerhalb des Wälzlagers 52 kann sich ein Schmierstoff 84 befinden, zum Beispiel Öl oder Fett. Insbesondere bei einer Fettschmierung kann durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung eine Reduktion der Schmierstoffschädigung erreicht werden, was zu einer deutlich höheren Lagergebrauchsdauer führen kann. Der Schmierstoff 84 selbst kann dabei entweder elektrisch leitfähig oder elektrisch isolierend ausgeführt sein.According to the perspective view 2 a partially sectioned roller bearing 52 can be seen. According to the illustration 2 shows that the rolling bearing 52 has a number of rolling elements 58 . The rolling elements 58 are shown in accordance with FIG 2 shown for example in spherical form. Therefore, it is in the representation according to 2 around a ball bearing shown in section. The individual rolling bodies 58 , which are spherical here, are accommodated between an inner ring 56 and an outer ring 54 of the rolling bearing 52 . The individual roller bodies 58 of the roller bearing 52 are arranged in a cage 60 (there is also a cage 44!). The roller bearing 52 as shown in 2 may have a first disk 62 shielding the rolling elements 58 and a second disk 64 lying opposite this shielding the rolling elements 58 from the other side. By the cage 60 are shown in accordance with 2 spherical rolling elements 58 are positioned at a radial distance 72 from one another along the circumferences of the outer ring 54 and inner ring 56 of the roller bearing 52 . The roller bearing 52 includes a specific number of roller bodies 58 corresponding to the load capacity of the roller bearing 52, the roller bodies 58--shown here in spherical form--forming a rolling element set or a ball set. A variation in the diameter of the various rolling bodies 58 of a rolling body set of the rolling bearing 52 is restricted by pre-sorting the rolling bodies 58 into specific diameter classes. The variation in diameter within a diameter class is +/- 0.5 mm, for example. All rolling elements 58 of a rolling bearing 52 belong to a diameter class and therefore vary minimally in their diameter. A lubricant 84 , for example oil or grease, can be located within the roller bearing 52 . Especially with one Grease lubrication, the solution proposed according to the invention can reduce the damage to the lubricant, which can lead to a significantly longer bearing service life. The lubricant 84 itself can be either electrically conductive or electrically insulating.

Es sei darauf hingewiesen, dass das in 2 in teilweiser Schnittdarstellung und in perspektivischer Darstellung dargestellte Wälzlager 52 sowohl als A-Lager 16, als B-Lager 14 sowie an beiden Lagerstellen einer Rotorwelle 10 einer elektrischen Maschine 8 eingesetzt werden kann. Durch eine Variation der Oberflächentopologie 70 der Wälzkörper 58, d. h. zum Beispiel eine Erhöhung der Oberflächenrauigkeit- im Fall von kugelförmig ausgebildeten Wälzkörpern 58 - steigt die Beanspruchung von mechanischen Kontakten zwischen diesen in einer veränderten Oberflächentopologie 70 ausgeführten Wälzkörpern, zum Beispiel in Kugelform ausgebildeten Wälzkörpern und dem Außenring 54 sowie dem Innenring 56 des Wälzlagers 52 an. Dadurch tritt eine Verringerung einer diese Komponenten trennende Schmierfilmhöhe 82 innerhalb des Wälzlagers 52 auf, was wiederum dazu führen kann, dass bei einem häufigeren Betrieb dieser in Kugelform ausgebildeten Wälzkörper 58 in einem Mischreibungsbereich 86 betrieben werden und damit eine Ableitung der Lagerstürme über die metallischen Rauheitskontakte erfolgt, so dass keine schädigenden Durchschlagsströme auftreten oder die Durchschlagsströme hinsichtlich ihrer Stromstärke zumindest erheblich minimiert werden. Aufgrund der auftretenden verringerten Schmierfilmhöhe 82 der im abweichenden Durchmesser 66 ausgebildeten, in Kugelform beschaffenen Wälzkörper 58 wird das Spannungsniveau der Durchschlagsspannungen verringert, so dass insgesamt gesehen das erfindungsgemäß vorgeschlagene modifizierte Wälzlager 52 einen geringeren Energieeintrag erfährt.It should be noted that the in 2 roller bearings 52 shown in a partial sectional view and in a perspective view can be used both as an A-bearing 16 and as a B-bearing 14 and at both bearing points of a rotor shaft 10 of an electrical machine 8 . A variation of the surface topology 70 of the rolling elements 58, i.e., for example, an increase in the surface roughness—in the case of spherical rolling elements 58—increases the stress on mechanical contacts between these rolling elements that have a modified surface topology 70, for example rolling elements that are spherical in shape, and the Outer ring 54 and the inner ring 56 of the roller bearing 52 at. As a result, a lubricating film height 82 separating these components is reduced within the roller bearing 52, which in turn can result in more frequent operation of these spherically shaped rolling elements 58 being operated in a mixed friction area 86 and thus the bearing surges being discharged via the metallic roughness contacts , so that no damaging breakdown currents occur or the breakdown currents are at least significantly minimized in terms of their amperage. Due to the occurring reduced lubricating film height 82 of the spherically shaped rolling elements 58 formed with the deviating diameter 66, the voltage level of the breakdown voltages is reduced, so that overall the modified rolling bearing 52 proposed according to the invention experiences a lower energy input.

Eine Verringerung der Schmierfilmhöhe 82 der im dargestellten Ausführungsbeispiel kugelförmig ausgebildeten Wälzkörper 58 führt zu einer höheren elektrischen Gesamtkapazität des Wälzlagers 52 und damit zu einer geringeren Lager- und Wellenspannung, beispielsweise beim Einsatz in einer elektrischen Maschine 8 oder in einem elektrisch verbundenen Getriebe. Bei einem elektrisch leitenden Getriebe handelt es sich um eine solches, dessen Eingangswelle elektrisch leitend mit der Rotorwelle 10 der elektrischen Maschine 8 verbunden ist. Diese elektrische Verbindung kann beispielsweise über eine form- oder kraftschlüssig ausgeführte Verbindung, so zum Beispiel eine Steckverzahnung, erfolgen. Alternativ besteht die Möglichkeit, die Rotorwelle 10 der elektrischen Maschine 8 sowie die Getriebeeingangswelle 20 des Getriebes als ein Teil auszuführen. Bei dem Wälzlager 52, welches in der Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Wälzlagers 52 gemäß 2 als Kugellager ausgeführt ist, können auch weitere Wälzlagertypen, wie zum Beispiel Schrägkugellager, Axialrillenkugellager, Pendelkugellager, Radialzylinderrollenlager, Axialzylinderrollenlager, Kegelrollenlager, Pendelrollenlager sowie Nadellager in Frage kommen. In diesem Fall gilt der abweichende Durchmesser 66 auch für die zum Einsatz kommenden Zylinderrollen oder kegelförmig ausgebildeten Wälzkörper 58.A reduction in the lubricating film height 82 of the rolling elements 58, which are spherical in the illustrated embodiment, leads to a higher total electrical capacity of the rolling bearing 52 and thus to a lower bearing and shaft stress, for example when used in an electrical machine 8 or in an electrically connected transmission. An electrically conductive transmission is one whose input shaft is electrically conductively connected to the rotor shaft 10 of the electrical machine 8 . This electrical connection can be made, for example, via a positive or non-positive connection, such as a spline. Alternatively, there is the possibility of designing the rotor shaft 10 of the electrical machine 8 and the transmission input shaft 20 of the transmission as one part. In the roller bearing 52, which in the embodiment of the invention proposed roller bearing 52 according to 2 designed as a ball bearing, other types of roller bearings, such as angular contact ball bearings, axial grooved ball bearings, self-aligning ball bearings, radial cylindrical roller bearings, axial cylindrical roller bearings, tapered roller bearings, spherical roller bearings and needle bearings can also be considered. In this case, the different diameter 66 also applies to the cylindrical rollers or conical rolling elements 58 that are used.

Oberflächen 68 der Wälzkörper 58 beziehungsweise eine Anzahl von Wälzkörpern 58 eines Wälzkörpersatzes eines Wälzlagers 52 werden mit einer veränderten Topologie 70 ihrer Oberfläche 68 ausgeführt, die von der Oberflächentopologie 70 der verbleibenden Wälzkörper 58 des Wälzkörpersatzes des Wälzlagers 52 abweicht. Eine Veränderung der Topologie 70 der Oberfläche 68 der im Ausführungsbeispiel gemäß 2 in Kugelform ausgebildeten Wälzkörper 58 kann beispielsweise durch eine erhöhte Oberflächenrauigkeit dargestellt werden. Eine Veränderung der Riefentiefe beziehungsweise der Spitzenhöhe durch ein geändertes oder angepasstes Finishing-Verfahren und/oder eine Änderung der dazu gehörigen Prozesszeit ermöglichen eine erfindungsgemäße Veränderung der Topologie 70 der Oberfläche der Wälzkörper 58. Alternativ könnte auch ein zusätzlicher Prozess die Topologie 70 nach der Kugelherstellung, im Falle kugelförmiger Wälzkörper 58, so verändern, dass die erfindungsgemäßen Eigenschaften entstehen.Surfaces 68 of the rolling elements 58 or a number of rolling elements 58 of a rolling element set of a rolling element bearing 52 are designed with a modified topology 70 of their surface 68, which differs from the surface topology 70 of the remaining rolling elements 58 of the rolling element set of the rolling element bearing 52. A change in the topology 70 of the surface 68 in accordance with the embodiment 2 rolling elements 58 configured in a spherical shape can be represented, for example, by an increased surface roughness. A change in the groove depth or the peak height through a modified or adapted finishing process and/or a change in the associated process time make it possible to change the topology 70 of the surface of the rolling bodies 58 according to the invention. Alternatively, an additional process could also change the topology 70 after the ball production, in the case of spherical rolling elements 58, change so that the properties according to the invention arise.

Auch durch eine Modifikation der Topologie 70 der Oberfläche 80 der Wälzkörper 58 kann in vorteilhafter Weise ein verändertes elektrisches Verhalten zwischen den modifizierten Wälzkörpern 58 beziehungsweise der modifizierten Anzahl von Wälzkörpern 58 innerhalb eines Wälzkörpersatzes eines Wälzlagers 52 sowie zwischen den modifiziert ausgebildeten Wälzkörpern 58 und dem Außenring 54 beziehungsweise dem Innenring 56 des Wälzlagers 52 erreicht werden. Ein häufigerer Betrieb der hinsichtlich ihrer Topologie 70 der Oberfläche 68 modifizierten Wälzkörper 58 führt im Mischreibungsbereich 86 zu einer Ableitung der Lagerströme über die metallischen, durch die Oberflächenrauigkeit 74 hervorgerufenen Kontakte, so dass keine schädigenden Durchschlagsströme fließen können. Auch hier kommt es zu einer verringerten lokalen Schmierfilmhöhe 82 an den Rauheitsspitzen der hinsichtlich ihrer Oberflächenrauheit 74 modifizierten Wälzkörper 58, was wiederum zu einer geringeren Durchschlagsspannung führt und dadurch den in das Wälzlager 52 eintretenden schädigenden Energieeintrag minimiert.A modification of the topology 70 of the surface 80 of the rolling elements 58 can also advantageously result in changed electrical behavior between the modified rolling elements 58 or the modified number of rolling elements 58 within a rolling element set of a rolling element bearing 52 and between the modified rolling elements 58 and the outer ring 54 or the inner ring 56 of the roller bearing 52 can be achieved. More frequent operation of the rolling bodies 58, which have been modified with regard to their topology 70 of the surface 68, leads to a dissipation of the bearing currents in the mixed friction area 86 via the metallic contacts caused by the surface roughness 74, so that no damaging breakdown currents can flow. Here, too, there is a reduced local lubricating film height 82 at the roughness peaks of the rolling bodies 58 modified with regard to their surface roughness 74, which in turn leads to a lower breakdown voltage and thereby minimizes the damaging energy input entering the rolling bearing 52.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung hinsichtlich des Einsatzes der erfindungsgemäß modifizierten Wälzlager 52 kann Verwendung finden zur Lagerung der Rotorwelle 10 einer elektrischen Maschine 8 oder auch zur Lagerung von Getriebeeingangswellen 20 oder Zwischenwellen 30 von beispielsweise mit der elektrischen Maschine 8 verbundenen Getriebewellen.The solution proposed by the invention with regard to the use of the erfindungsge According to the modified roller bearing 52 can be used to support the rotor shaft 10 of an electric machine 8 or to support transmission input shafts 20 or intermediate shafts 30 of, for example, connected to the electric machine 8 transmission shafts.

Weitere Verwendungsmöglichkeiten finden sich bei elektrischen Antriebsakten bei Schienenfahrzeugen, Nutzfahrzeugen, Personenkraftwagen sowie bei stationären mobilen elektrischen Antriebsmaschinen sowie bei Getrieben mit elektrischen Antriebs- und/oder Lastmaschinen.Further possible uses can be found in electric drive files in rail vehicles, commercial vehicles, passenger cars and in stationary mobile electric drive machines and in transmissions with electric drive and/or load machines.

Den Darstellungen gemäß den 3.1, 3.2 und 3.3 sind sich jeweils unterschiedlich ausbildende Schmierfilmhöhen 82 zu entnehmen, die sich für einen Flüssigkeitsreibungsbereich 80, einen Mischreibungsbereich 86 sowie einen Grenzreibungsbereich 90 einstellen.The representations according to 3.1 , 3.2 and 3.3 different lubricating film heights 82 can be seen, which are set for a liquid friction area 80, a mixed friction area 86 and a boundary friction area 90.

3.1 zeigt, dass sich im Fall des Vorhandenseins eines Flüssigkeitsreibungsbereichs 80 die Topologien 70 der Oberflächen 68 des Wälzkörpers 58 und beispielsweise des Innenrings 56 des Wälzlagers 52 nicht berühren. Die sich einstellende Schmierfilmhöhe 82 zwischen den Topologien 70 der einander gegenüberliegenden Oberflächen 68 der besagten Komponenten ist mit Schmierstoff 84, sei es Öl oder Fett, ausgefüllt. Es ergibt sich kein metallischer Kontakt zwischen dem Wälzkörper 58 und beispielsweise dem Innenring 56 des Wälzlagers 52 im Flüssigkeitsreibungsbereich 80. 3.1 FIG. 12 shows that in the case of the presence of a fluid friction region 80, the topologies 70 of the surfaces 68 of the rolling element 58 and, for example, the inner ring 56 of the rolling bearing 52 do not touch. The resulting lubricating film height 82 between the topologies 70 of the opposing surfaces 68 of said components is filled with lubricant 84, be it oil or grease. There is no metallic contact between the rolling element 58 and, for example, the inner ring 56 of the rolling bearing 52 in the fluid friction area 80.

Beim Übergang in einen Mischreibungsbereich 86, wie er in 3.2 dargestellt ist, verringert sich die Schmierfilmhöhe 82 und es kommt zu vereinzelten metallischen Kontakten 88, in denen sich die Topologien 70 der Oberflächen 68 des Wälzkörpers 58 und des Innenrings 56 des Wälzlagers 52 physisch berühren, so dass es zu einer Ableitung der Durchschlagsspannung kommt und die Spannung über die vereinzelten metallischen Kontakte 88 abgeleitet wird.During the transition to a mixed friction range 86, as is shown in 3.2 As shown, the lubricating film height 82 decreases and scattered metallic contacts 88 occur in which the topologies 70 of the surfaces 68 of the rolling element 58 and the inner ring 56 of the rolling element bearing 52 physically touch, so that there is a dissipation of the breakdown voltage and the Voltage is derived via the isolated metallic contacts 88.

3.3 zeigt den Grenzreibungsbereich 90, in dem nicht nur vereinzelte metallische Kontakte 88, sondern vermehrte metallische Kontakte 92 zwischen den Topologien 70 der Oberflächen 68 des Wälzkörpers 58 und des Innenrings 56 des Wälzlagers 52 auftreten. Aufgrund einer höheren Anzahl metallischer Kontakte, nämlich der vermehrten metallischen Kontakte 92 aufgrund von Riefenbildung, Oberflächenrauigkeit oder einer bestimmten Oberflächenbehandlung, zum Beispiel des Wälzkörpers 58 oder auch der Oberfläche des Innenrings 56 des Wälzlagers 52, kann eine verbesserte Spannungsableitung erfolgen, was die obenstehend erwähnten schlagenden Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung mit sich bringt. 3.3 shows the boundary friction area 90, in which not only isolated metallic contacts 88, but increased metallic contacts 92 between the topologies 70 of the surfaces 68 of the rolling body 58 and the inner ring 56 of the rolling bearing 52 occur. Due to a higher number of metallic contacts, namely the increased metallic contacts 92 due to scoring, surface roughness or a specific surface treatment, for example of the rolling element 58 or also the surface of the inner ring 56 of the rolling bearing 52, improved stress dissipation can take place, resulting in the striking Brings advantages of the solution according to the invention.

Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.The invention is not limited to the exemplary embodiments described here and the aspects highlighted therein. Rather, within the range specified by the claims, a large number of modifications are possible, which are within the scope of expert action.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents cited by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102017109050 A1 [0002]
DE 102008035613 A1 [0003]

Claims

Rolling bearing (52) with rolling elements (58) which are guided between an outer ring (54) and an inner ring (56), characterized in that a rolling element set of a rolling bearing (52) has a number of rolling elements (58) which one of one Surface topology of the remaining rolling elements (58) of the set of rolling elements have a different topology (70) of their surface (68).

Rolling bearing (52) according to claim 1 , characterized in that one or more rolling elements (58) of the rolling element set with a different topology (70) are designed in a different rolling element class than the remaining rolling elements (58) of the rolling element set.

Rolling bearing (52) according to claims 1 until 2 , characterized in that a lubricating film height (82) for the number of rolling bodies (58) with a different topology (70) of their surface (68) within the rolling bearing (52) is reduced.

Rolling bearing (52) according to claims 1 until 3 , characterized in that it is selected from the group consisting of: radial deep groove ball bearings, angular contact ball bearings, axial deep groove ball bearings, self-aligning ball bearings, radial cylindrical roller bearings, axial cylindrical roller bearings, tapered roller bearings, spherical roller bearings, needle bearings.

Rolling bearing (52) according to claims 1 until 4 , characterized in that this is either A-bearing (16) or B-bearing (14) or A- and B-bearing (16, 14) of an electrical machine (8).

Rolling bearing (52) according to claims 1 until 5 , characterized in that the deviating topology (70) of the surface (68) of the number of rolling elements (58) is their greater roughness.

Rolling bearing (52) according to claims 1 until 6 , characterized in that the deviating topology (70) of the surface (68) of the number of rolling bodies (58) is produced by changing a groove depth or a peak height by a finishing process.

Use of the roller bearing (52) according to one of Claims 1 until 7 on an electric machine (8) of an electrically driven vehicle or a hybrid vehicle.

Use of the roller bearing (52) according to one of Claims 1 until 7 in electrical machines (8) and with these electrically conductively connected transmissions.