Zweireihige Schrägkugellager für elektromagnetische Kupplungen von Klimakompressoren in Kraftfahrzeugen

Das zweireihige Schrägkugellager, das in der elektromagnetischen Kupplung des Klimakompressors in Kraftfahrzeugen verwendet wird, ist ein wichtiges Präzisionsbauteil, das auf die besonderen Betriebsbedingungen dieses Kernkomponenten zugeschnitten ist. Seine Konstruktionsmerkmale und Leistungsvorteile konzentrieren sich alle auf die Kernanforderungen „hohe Tragfähigkeit, Stoßfestigkeit, geringe Reibung und lange Lebensdauer“. Nachfolgend finden Sie eine detaillierte Aufschlüsselung:

I. Wesentliche Konstruktions- und Leistungsmerkmale

Zweireihige Schrägkugellager (meist aus der Serie 32, z. B. 3203 und 3204) sind den komplexen Betriebsbedingungen von elektromagnetischen Kupplungen gerecht. Ihre Hauptmerkmale sind wie folgt:

1. Zweireihige Wälzkörper + symmetrisches Kontaktwinkel-Design

Strukturelle Merkmale:

Das Lager enthält zwei unabhängige Reihen von Stahlkugel und der Außenring (oder Innenring) weist „symmetrische Doppelbahnen“ auf. Die Kontaktwinkel der beiden Reihen von Stahlkugeln (in der Regel 15°, 25° oder 40°; 25° wird häufig in Klimakompressoren verwendet, um die axiale und radiale Tragfähigkeit auszugleichen) sind symmetrisch verteilt und bilden zusammen eine „bidirektionale Lastaufnahmeeinheit“.

Funktion:

Im Gegensatz zu einreihigen Schrägkugellagern, die nur Axialbelastungen in einer Richtung aufnehmen können, kann das zweireihige Schrägkugellager gleichzeitig bidirektionale Axialbelastungen und Radialbelastungen aufnehmen. Es müssen keine zusätzlichen Lager angepasst werden, was die Gesamtstruktur der elektromagnetischen Kupplung vereinfacht.

2. Integrierte Dichtung/staubdichtes Design

Strukturelle Merkmale:

Als Reaktion auf die Bedingungen „hohe Temperaturen, Ölverschmutzung und Staub“ in Kfz-Klimaanlagen (der Kompressor befindet sich in der Nähe des Motors und ist anfällig für den Kontakt mit Motoröldämpfen und Straßenstaub) ist dieser Lagertyp meist mit doppelseitigen Kontaktdichtungen (2RS) oder berührungslosen Deckscheiben (2Z) ausgestattet. Es ist mit langlebigem Fett vorgefüllt (in der Regel ein polyurea-basiertes, gegen hohe und niedrige Temperaturen beständiges Fett, das für einen Temperaturbereich von -30 °C bis 150 °C geeignet ist).

Funktion:

• Verhindert das Eindringen von Ölverunreinigungen und Staub von außen in das Lagerinnere und beugt so Verschleiß an Wälzkörpern und Laufbahnen vor.
• Verhindert das Austreten von Fett aus dem Inneren, reduziert den Wartungsaufwand und gewährleistet zuverlässige Schmierung während seiner gesamten Lebensdauer.

3. Außenring mit hoher Steifigkeit und kompakten Abmessungen

Strukturelle Merkmale:

Der Außenring besteht aus hochfestem Lagerstahl, der durch Abschrecken und Schleifen bearbeitet wird und dessen Härte HRC 58-62 erreicht, wodurch hohe Verformungsbeständigkeit gewährleistet ist. Im Vergleich zur Kombination aus zwei einreihigen Lagern ist die zweireihige Ausführung bei gleichen radialen Abmessungen kompakter und eignet sich daher für die „begrenzten Platzverhältnisse“ bei der Installation von elektromagnetischen Kupplungen.

Funktion:

• Widersteht der momentanen Stoßbelastung beim Anlaufen des Kompressors und verhindert so die Verformung des Außenrings.
• Die kompakten Abmessungen reduzieren das Gesamtvolumen der elektromagnetischen Kupplung und verbessern die Flexibilität bei der Gestaltung des Motorraums.

4. Geringes Reibungsmoment und hohe Geschwindigkeitsanpassungsfähigkeit

Leistungsmerkmale:

Durch die Optimierung der Präzision der Stahlkugeln, der Oberflächenrauheit der Laufbahnen (Ra ≤ 0,2 μm) und die Verwendung leichter Käfige (z. B. Nylon 66) wird das Reibungsmoment des Lagers während des Betriebs reduziert. Gleichzeitig kann die „Kraftverteilung“ der zweireihigen Struktur die Grenzgeschwindigkeit des Lagers erhöhen (in der Regel bis zu 8.000–12.000 U/min, was den herkömmlichen Drehzahlbereich von Kfz-Klimakompressoren abdeckt: 1.500–8.000 U/min).

Funktion:

• Reduzierung des Leistungsverlusts der elektromagnetischen Kupplung und Senkung des Kraftstoffverbrauchs des Motors;
• Verhindert Lagerausfälle aufgrund von Reibungsüberhitzung bei hohen Drehzahlen und verbessert die Zuverlässigkeit.

II. Wesentliche Vorteile für elektromagnetische Kupplungen in Fahrzeugklimaanlagen

Im Vergleich zu anderen Typen wie einreihigen Schrägkugellagern und Rillenkugellagern zeichnen sich zweireihige Schrägkugellager durch ihre „Anpassungsfähigkeit an Betriebsbedingungen“ und „Systemzuverlässigkeit“ in elektromagnetischen Kupplungsszenarien aus.

Erstens kann das Lager hinsichtlich der bidirektionalen Tragfähigkeit gleichzeitig die „Eingriffskraft elektromagnetischer Spulen” (axial nach innen) und die „Reaktionskraft des Axialspiels der Kompressorhauptwellen” (axial nach außen) aufnehmen, ohne dass zusätzliche Lager erforderlich sind. Dies vereinfacht den Lageraufbau der elektromagnetischen Kupplung, reduziert die Anzahl der Komponenten und senkt sowohl die Komplexität der Montage als auch die Ausfallraten.

Zweitens bietet es hervorragende Stoß- und Vibrationsfestigkeit: Die zweireihigen Wälzkörper können momentane Stoßbelastungen (wie Drehmomentstöße beim Starten/Stoppen der Klimaanlage) verteilen, während der hochsteife Außenring der Übertragung von Vibrationen vom Motor widersteht. Dies verhindert ein „vorzeitiges Abplatzen“ des Lagers durch Stöße und verlängert die Lebensdauer der elektromagnetischen Kupplung (mit einer konventionellen Lebensdauer von ≥ 5.000 Stunden).

Drittens zeichnet es sich durch wartungsfreien Betrieb und gute Umweltverträglichkeit aus. Durch abgedichtete Konstruktion und langlebigen Schmierfett kann das Lager im Temperaturbereich von -30 °C bis 150 °C und in Umgebungen mit Ölverschmutzung und Staub stabil betrieben werden, ohne dass ein nachträgliches Nachfüllen von Schmierfett erforderlich ist. Dadurch eignet es sich gut für die „rauen Betriebsbedingungen“ in Kraftfahrzeugen, reduziert die Wartungskosten im After-Sales-Bereich und verhindert Ausfälle der Klimaanlage aufgrund von Lagerschäden.

Schließlich bietet es hohe Integration und geringen Energieverbrauch. Seine kompakten Abmessungen verbessern die Raumnutzung, während sein geringes Reibungsmoment den Leistungsverlust reduziert – im Vergleich zu einreihigen Lagern kann das Reibungsmoment um 15 % bis 20 % reduziert werden. Dies entspricht den Trends der Automobilindustrie zu „geringem Gewicht und niedrigem Energieverbrauch“ und gewährleistet gleichzeitig die Reaktionsgeschwindigkeit der elektromagnetischen Kupplung (ohne Verzögerung beim Ein- oder Auskuppeln).