DE102006019230A1

DE102006019230A1 - Radialwälzlager, insbesondere einreihiges Kugelrollenlager

Info

Publication number: DE102006019230A1
Application number: DE102006019230A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Hofmann; Horst DÖPPLING; Rainer Eidloth; Georg Goppelt
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-04-26
Filing date: 2006-04-26
Publication date: 2007-10-31
Also published as: BRPI0710895A2; EP2013498A1; US8047723B2; US20090180724A1; BRPI0710895A8; KR20080110647A; KR101340265B1; JP2009534608A; CN101432536A; JP5160538B2; WO2007121710A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein als einreihiges Kugelrollenlager ausgebildetes Radialwälzlager (1), welches aus einem äußeren Lagerring (2) und einem inneren Lagerring (3) sowie aus einer Vielzahl zwischen diesen Lagerringen (2, 3) angeordneter Kugelrollen (5) besteht, die jeweils zwei symmetrisch von einer Kugelgrundform abgeflachte Seitenflächen (6, 7) aufweisen. Diese Kugelrollen (5) werden durch einen Lagerkäfig (4) in gleichmäßigen Abständen zueinander gehalten und rollen mit ihren Laufflächen (8) in zwei rillenförmigen Laufbahnen (11, 12) ab, welche durch jeweils zwei axiale Borde (13, 14 und 15, 16) begrenzt sind. Die Breite (bK) der Kugelrollen (5) zwischen ihren Seitenflächen (6, 7) ist dabei geringer als der Abstand (aB) zwischen den sich radial gegenüberliegenden axialen Borden (13, 15 und 14, 16) der Laufbahnen (11, 12), so dass die Kugelrollen (5) durch diesen Abstand (aB) hindurch im Axialmontageverfahren in das Radialwälzlager (1) einsetzbar sind. Erfindungsgemäß weist das Radialwälzlager (1) eine für variable Axiallasten unter einem Betriebsdruckwinkel (alpha) von bis zu 20° beidseitig der Lagerlängsachse (17) geeignete, erhöhte axiale Belastbarkeit auf, indem zum einen die Laufbahnen (11, 12) in beiden Lagerringen (2, 3) mit einer erhöhten Tiefe (tLA, tLI) und Breite (bLA, bLI) ausgebildet sind und zum anderen die Kugelrollen (5) eine auf einen Betriebsdruckwinkel (alpha) von 20° abgestimmte Breite (bK) zwischen ihren Seitenflächen (6, 7) aufweisen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein für hohe Axialbelastungen geeignetes Radialwälzlager nach den oberbegriffsbildenden Merkmalen des Patentanspruchs 1, und sie ist insbesondere vorteilhaft an einreihigen Kugelrollenlagern realisierbar, die beispielsweise als Festlager für die An- und Abtriebswellen eines Kfz-Schaltgetriebes zur Anwendung kommen.
Hintergrund der Erfindung
Als Radialwälzlager, die auch mit hohen Axialkräften belastbar sind, werden in der Praxis vor allem einreihige Rillenkugellager eingesetzt, da diese eine gleichermaßen hohe radiale und axiale Tragfähigkeit, eine geringe Reibung und die höchsten Drehzahlgrenzen aller Lagerarten aufweisen. Diese Rillenkugellager bestehen in bekannter Weise aus einem äußeren Lagerring und einem inneren Lagerring sowie aus einer Anzahl zwischen den Lagerringen angeordneter Lagerkugeln als Wälzkörpern. Dabei sind in die Innenseite des äußeren Lagerrings und in die Außenseite des inneren Lagerrings jeweils rillenförmige Laufbahnen eingearbeitet, welche durch jeweils zwei axiale Borde begrenzt sind und in denen die Lagerkugeln durch einen Lagerkäfig in gleichmäßigen Abständen zueinander geführt werden. Das Einsetzten der Lagerkugeln in das Rillenkugellager erfolgt dabei zumeist durch das mit der DE 168 499 bekannt gewordene Exzentermontageverfahren, bei dem die beiden Lagerringe exzentrisch zueinander angeordnet werden und der dadurch entstehende freie Raum zwischen den Lagerringen mit den Lagerkugeln befüllt wird. Danach wird der innere Lagerring unter Ausnutzung der Elastizität beider Lagerringe in die zum äußeren Lagerring konzentrische Stellung gebracht, so dass die Lagerkugeln abschließend in den Laufbahnen der Lagerringe gleichmäßig verteilt werden können und der Lagerkäfig eingesetzt werden kann.
In der Praxis hat es sich jedoch erwiesen, dass derartigen Rillenkugellagern aufgrund der geringen maximal einbaubaren Anzahl von Kugeln, die von den Abmessungen des inneren und des äußeren Lagerrings sowie dem Kugeldurchmesser abhängig ist, vor allem in Bezug auf die radiale Tragfähigkeit des Lagers dennoch Grenzen gesetzt sind. In der Vergangenheit wurden daher eine Vielzahl von Lösungen, wie beispielsweise eine in den sich gegenüberliegenden Borden der Laufbahnen des äußeren und des inneren Lagerrings angeordnete unverschlossene Einfüllöffnung gemäß DE 151 483 oder eine ähnlich ausgebildete verschließbare Einfüllöffnung gemäß DE 24 07 477 A1 , vorgeschlagen, mit denen durch eine Erhöhung der Anzahl der Kugeln eine Erhöhung der radialen Tragfähigkeit von Rillenkugellagern erreicht werden sollte, die sich aber aufgrund zahlreicher Nachteile in der Praxis nicht durchsetzen konnten.
Eine andere Möglichkeit, die Anzahl der Wälzkörper an einem Radialwälzlager zu erhöhen, ist darüber hinaus durch die DE 311 317 erstmals bekannt geworden und wurde durch die DE 43 34 195 A1 weiterentwickelt. Bei diesen, an sich als einreihige Rillenkugellager ausgebildeten Radialwälzlagern werden die Wälzkörper jedoch nicht durch Kugeln sondern durch so genann te Kugelrollen gebildet, die mit zwei symmetrisch von einer Kugelgrundform abgeflachten sowie parallel zueinander angeordneten Seitenflächen ausgebildet sind. Die Breite dieser Kugelrollen zwischen deren Seitenflächen ist dabei geringer ist als der Abstand zwischen den sich radial gegenüberliegenden axialen Borden der Laufbahnen in den Lagerringen ausgebildet, so dass das Befüllen des Lagers mit den Kugelrollen im so genannten Axialmontageverfahren erfolgen kann, bei dem die Kugelrollen axial durch den Abstand zwischen Innenring und Außenring in das Lager eingeführt werden können. Wenn sich der Mittelpunkt der Kugelrollen dann auf der Höhe der Laufbahnachse befindet, werden die Kugelrollen einmal vertikal und einmal horizontal um 90° gedreht, so dass sie mit ihren Laufflächen in den Laufbahnen der Lagerringe abrollen können.
Trotz der Möglichkeit, diese speziell ausgebildeten Kugelrollen axial in das Lager einzusetzen und das Radialwälzlager damit nahezu vollständig mit einer hohen Anzahl an Wälzkörpern ausfüllen und für hohe Radiallasten nutzen zu können, stellt ein solches Kugelrollenlager jedoch im Hinblick auf die axiale Tragfähigkeit des Lagers allenfalls nur einen Kompromiss dar. Dies ist in der Tatsache begründet, dass die Kugelrollen wegen ihrer axialen Einführbarkeit in das Lager nur mit einer kleinen Breite zwischen ihren Seitenflächen und die Laufbahnen der Kugelrollen in den Lagerringen nur relativ flach ausgebildet werden können, um das Drehen der Wälzkörper in ihre Betriebslage ermöglichen zu können, ohne dass ein zu hohes Radialspiel im gesamten Lager entsteht. Die relativ flachen Laufbahnen der Kugelrollen bewirken jedoch einen relativ geringen Spielraum zur Axialverkippung der Kugelrollen innerhalb ihrer Laufbahnen, so dass vor allem die axiale Tragfähigkeit eines solchen Kugelrollenlagers vergleichsweise gering ist und derartige Kugelrollenlager somit für variable Axiallasten unter hohen Betriebsdruckwinkeln ungeeignet sind.
Aufgabe der Erfindung
Ausgehend von den dargelegten Nachteilen der Lösungen des bekannten Standes der Technik liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe zu Grunde, ein Radialwälzlager, insbesondere einreihiges Kugelrollenlager, zu konzipieren, welches neben einer hohen radialen Tragfähigkeit auch für variable Axiallasten unter hohen Betriebsdruckwinkeln beidseitig der Lagerlängsachse geeignet ist.
Beschreibung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Radialwälzlager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart gelöst, dass zum einen die Laufbahnen in beiden Lagerringen mit einer erhöhten Tiefe und Breite ausgebildet sind und zum anderen die Kugelrollen eine auf einen Betriebsdruckwinkel von 20° abgestimmte Breite zwischen ihren Seitenflächen aufweisen.
Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäß ausgebildeten Radialwälzlagers werden in den Unteransprüchen beschrieben.
Danach ist es gemäß den Ansprüchen 2 und 3 bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Radialwälzlager vorgesehen, dass die Tiefe der Laufbahnen in der Innenseite des äußeren Lagerrings und in der Außenseite des inneren Lagerrings etwa 20 % des Durchmessers der Kugelgrundform der Kugelrollen beträgt, während die Breite der Laufbahnen in den Lagerringen etwa 80 % des Durchmessers der Kugelgrundform der Kugelrollen beträgt. Die Ausbildung der Laufbahnen mit derartigen Abmessungen geht dabei sogar geringfügig über die Laufbahnabmessungen herkömmlicher Rillenkugellagern hinaus und gewährleistet, dass die Kugelrollen abhängig von der Radiallagerluft auch bei Betriebsdruckwinkeln bis zu 25° einen hohen Schmiegungsgrad zu ihren Laufbahnen aufweisen und das Lager somit auch bei gemischt axialer und radialer Belastung die volle radiale und axiale Tragfähigkeit behält.
Nach Anspruch 4 weist das erfindungsgemäß ausgebildete Radialwälzlagers schließlich noch das Merkmal auf, dass die Breite der Kugelrollen zwischen ihren Seitenflächen etwa 55 % und der Abstand zwischen den sich radial gegenüberliegenden axialen Borden der Laufbahnen etwa 60 % des Durchmessers der Kugelgrundform der Kugelrollen beträgt. Die Breite der Kugelrollen von 55 % ihrer Kugelgrundform stellt dabei insofern ein Optimum dar, dass die Kugelrollen mit dieser Breite zum einen leicht durch den mit 60 % der Kugelgrundform bemessenen Abstand zwischen den Borden der Laufbahnen hindurch montierbar sind. Zum anderen ist diese Breite auf einem Betriebsdruckwinkel von 20° dahingehend abgestimmt, dass die Kugelrollen auch bei hohen Axialkräften sich auf einen solchen Betriebsdruckwinkel axial ausrichten können und auch dann noch mit ihren Laufflächen zu 100 % Kontakt mit den Laufbahnen in den Lagerringen aufweisen, ohne die volle radiale und axiale Tragfähigkeit des Kugelrollenlagers zu beeinträchtigen.
Das erfindungsgemäß ausgebildete Kugelrollenlager weist somit gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Kugelrollenlagern den Vorteil auf, dass es durch die Ausbildung mit sehr tiefen und sehr breiten Laufbahnen für die Kugelrollen in Kombination mit der Ausbildung der Kugelrollen mit einer auf große Betriebsdruckwinkel abgestimmten Breite nunmehr neben einer hohen radialen Tragfähigkeit auch für variable Axiallasten unter hohen Betriebsdruckwinkeln beidseitig der Lagerlängsachse geeignet ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Radialwälzlagers wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten Kugelrollenlagers;
2 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäß ausgebildetes Kugelrollenlager unter Axiallast;
3 eine vergrößerte Darstellung einer Hälfte des Querschnitts durch das erfindungsgemäß ausgebildete Kugelrollenlager gemäß Einzelheit X in 2.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Aus den 1 und 2 geht deutlich ein als einreihiges Kugelrollenlager ausgebildetes Radialwälzlager 1 hervor, welches im Wesentlichen aus einem äußeren Lagerring 2 und einem inneren Lagerring 3 sowie aus einer Vielzahl zwischen diesen Lagerringen 2, 3 angeordneter Kugelrollen 5 besteht, die jeweils zwei symmetrisch von einer Kugelgrundform abgeflachte, parallel zueinander angeordnete Seitenflächen 6, 7 aufweisen. Diese Kugelrollen 4 werden deutlich sichtbar durch einen Lagerkäfig 4 in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen zueinander gehalten und rollen mit ihren Laufflächen 8 in zwei in die Innenseite 9 des äußeren Lagerrings 2 und in die Außenseite 10 des inneren Lagerrings 3 eingearbeitete rillenförmigen Laufbahnen 11, 12 ab, welche durch jeweils zwei axiale Borde 13, 14 und 15, 16 begrenzt sind. Die Breite b_K der Kugelrollen 5 zwischen ihren Seitenflächen 6, 7 ist dabei, wie aus 3 hervorgeht, geringer als der Abstand a_B zwischen den sich radial gegenüberliegenden axialen Borden 13, 15 und 14, 16 der Laufbahnen 11, 12 in den Lagerringen 2, 3, so dass die Kugelrollen 5 durch diesen Abstand a_B hindurch im Axialmontageverfahren in das Radialwälzlager 1 einsetzbar sind.
Um ein derart ausgebildetes Radialwälzlager 1 mit einer für variable Axiallasten unter einem Betriebsdruckwinkel α von bis zu 20° beidseitig der Lagerlängsachse 17 geeigneten, erhöhten axiale Belastbarkeit auszubilden, wird es erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass zum einen die Laufbahnen 11, 12 in beiden Lagerringen 2, 3 mit einer erhöhten Tiefe t_LA, t_LI und Breite b_LA, b_LI ausgebildet sind und zum anderen die Kugelrollen 5 eine auf einen Betriebsdruckwinkel α von 20° abgestimmte Breite b_K zwischen ihren Seitenflächen 6, 7 aufweisen.
Durch 3 wird dabei deutlich, dass die Tiefe t_LA, t_LI der Laufbahnen 11, 12 in der Innenseite 9 des äußeren Lagerrings 2 und in der Außenseite 10 des inneren Lagerrings 3 etwa 20 % des Durchmessers d_K der Kugelgrundform der Kugelrollen 5 beträgt, während die Breite b_LA, b_LI der Laufbahnen 11, 12 etwa 80 % des Durchmessers d_K der Kugelgrundform der Kugelrollen 5 beträgt.
Ebenso geht aus 3 hervor, dass die Breite b_K der Kugelrollen 5 zwischen ihren Seitenflächen 6, 7 etwa 55 % und der Abstand a_B zwischen den sich radial gegenüberliegenden axialen Borden 13, 15 und 14, 16 der Laufbahnen 11, 12 etwa 60 % des Durchmessers d_K der Kugelgrundform der Kugelrollen 5 beträgt. Mit dieser Breite b_K sind die Kugelrollen 5 zum einen leicht durch den Abstand a_B zwischen den Borden 13, 14, 15, 16 der Laufbahnen 11, 12 hindurch montierbar und zum anderen ist diese Breite auf einem Betriebsdruckwinkel α von 20° dahingehend abgestimmt, dass die Kugelrollen 5 sich auch bei hohen Axialkräften auf einen solchen Betriebsdruckwinkel α axial ausrichten können und auch dann noch mit ihren Laufflächen 8 zu 100 % Kontakt mit den Laufbahnen 11, 12 in den Lagerringen 2, 3 aufweisen.

1: Radialwälzlager
2: äußerer Lagerring
3: innerer Lagerring
4: Lagerkäfig
5: Kugelrollen
6: Seitenfläche von 5
7: Seitenfläche von 5
8: Lauffläche von 5
9: Innenseite von 2
10: Außenseite von 3
11: Laufbahn in 9
12: Laufbahn in 10
13: Bord von 11
14: Bord von 11
15: Bord von 12
16: Bord von 12
17: Lagerlängsachse
b_K: Breite von 5
d_K: Durchmesser der Kugelgrundform von 5
t_LA: Tiefe von 11
t_LI: Tiefe von 12
b_LA: Breite von 11
b_LI: Breite von 12
a_B: Abstand zwischen 13 und 15 bzw. 14 und 16
α: Betriebsdruckwinkel

Claims

Radialwälzlager, insbesondere einreihiges Kugelrollenlager, welches im Wesentlichen aus einem äußeren Lagerring (2) und einem inneren Lagerring (3) sowie aus einer Vielzahl zwischen diesen Lagerringen (2, 3) angeordneter, durch einen Lagerkäfig (4) in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen zueinander gehaltener Kugelrollen (5) besteht, die jeweils zwei symmetrisch von einer Kugelgrundform abgeflachte, parallel zueinander angeordnete Seitenflächen (6, 7) aufweisen und mit ihren Laufflächen (8) in zwei in die Innenseite (9) des äußeren Lagerrings (2) und in die Außenseite (10) des inneren Lagerrings (3) eingearbeitete, rillenförmigen Laufbahnen (11, 12) abrollen, welche durch jeweils zwei axiale Borde (13, 14 und 15, 16) begrenzt sind, wobei die Breite (b_K) der Kugelrollen (5) zwischen ihren Seitenflächen (6, 7) geringer ist als der Abstand (a_B) zwischen den sich radial gegenüberliegenden axialen Borden (13, 15 und 14, 16) der Laufbahnen (11, 12) in den Lagerringen (2, 3) und die Kugelrollen (5) somit durch diesen Abstand (a_B) hindurch im Axialmontageverfahren in das Radialwälzlager (1) einsetzbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Radialwälzlager (1) eine für variable Axiallasten unter einem Betriebsdruckwinkel (α) von bis zu 20° beidseitig der Lagerlängsachse (17) geeignete, erhöhte axiale Belastbarkeit aufweist, indem zum einen die Laufbahnen (11, 12) in beiden Lagerringen (2, 3) mit einer erhöhten Tiefe (t_LA, t_LI) und Breite (b_LA, b_LI) ausgebildet sind und zum anderen die Kugelrollen (5) eine auf einen Betriebsdruckwinkel (α) von 20° abgestimmte Breite (b_K) zwischen ihren Seitenflächen (6, 7) aufweisen.
Radialwälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe (t_LA, t_LI) der Laufbahnen (11, 12) in der Innenseite (9) des äußeren Lagerrings (2) und in der Außenseite (10) des inneren Lagerrings (3) etwa 20 % des Durchmessers (d_K) der Kugelgrundform der Kugelrollen (5) beträgt.
Radialwälzlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (b_LA, b_LI) der Laufbahnen (11, 12) in der Innenseite (9) des äußeren Lagerrings (2) und in der Außenseite (10) des inneren Lagerrings (3) etwa 80 % des Durchmessers (d_K) der Kugelgrundform der Kugelrollen (5) beträgt.
Radialwälzlager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (b_K) der Kugelrollen (5) zwischen ihren Seitenflächen (6, 7) etwa 55 % und der Abstand (a_B) zwischen den sich radial gegenüberliegenden axialen Borden (13, 15 und 14, 16) der Laufbahnen (11, 12) etwa 60 % des Durchmessers (d_K) der Kugelgrundform der Kugelrollen (5) beträgt.