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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Radialwälzlager nach den oberbegriffsbildenden
Merkmalen des Patentanspruchs 1, und sie ist insbesondere vorteilhaft an
einreihigen Rillenwälzlagern in Kraftfahrzeug-Getrieben,
innerhalb des Sekundärtriebs von Verbrennungsmotoren oder
in elektrischen Bremsen realisierbar.
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Hintergrund der Erfindung
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Der
Fachmann in der Wälzlagertechnik versteht unter einreihigen
Rillenkugellagern in der Regel starre, nicht zerlegbare Radialwälzlager,
die sich vor allem dadurch auszeichnen, dass deren radiale und axiale
Tragfähigkeit gleichermaßen hoch ist und dass diese
wegen ihrer geringen Reibung die höchsten Drehzahlgrenzen
aller Lagerarten aufweisen. Diese Rillenkugellager sind seit langem
bekannt und bestehen im Wesentlichen aus einem äußeren
Lagerring und einem inneren Lagerring sowie aus einer Anzahl zwischen
den Lagerringen angeordneter Kugeln als Wälzkörpern,
die in jeweils rillenförmigen Laufbahnen in der Innenseite
des äußeren Lagerrings und in der Außenseite
des inneren Lagerrings abrollen und durch einen Lagerkäfig
in gleichmäßigen Abständen zueinander
geführt werden. Das Befüllen dieser Radialkugellager
mit den Kugeln erfolgt dabei 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 Kugeln befüllt wird, die nach der anschließenden
zentrischen Anordnung der Lagerringe abschließend auf dem
Teilkreis der beiden Kugellaufbahnen mit gleichmäßigem
Abstand zueinander verteilt werden.
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In
der Praxis hat es sich jedoch gezeigt, 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, in
Bezug auf die Tragfähigkeit des Lagers dennoch Grenzen
gesetzt sind. In der Vergangenheit wurden daher eine Vielzahl von
Lösungen vorgeschlagen, mit denen durch eine Erhöhung
der Anzahl der Kugeln eine Erhöhung der Tragfähigkeit
von Rillenkugellagern erreicht werden sollte.
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Eine
solche Möglichkeit, die Anzahl der Wälzkörper
an einem Radialwälzlager zu erhöhen, ist beispielsweise
durch die
DE 43 34
195 A1 bekannt geworden. Bei diesem, an sich als einreihiges
Rillenkugellager ausgebildeten Radialwälzlager werden die
Wälzkörper jedoch nicht durch Kugeln sondern durch
so genannte 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 kleiner als der Abstand zwischen
der Innenseite des äußeren Lagerrings und Außenseite
des inneren Lagerrings ausgebildet, so dass beim Befüllen
des Lagers die Kugelrollen axial zum Lager durch den Abstand zwischen
Innenring und Außenring in das Lager eingeführt
und dann um 90° in die Laufbahnen der Lagerringe gedreht
werden können. Da durch dieses Montageverfahren kleinere
Abstände zwischen den einzelnen Wälzkörpern
erzielbar sind, kann somit insgesamt eine höhere Anzahl
an Wälzkörpern in das Radialwälzlager
eingebracht werden. Um jedoch ein gegenseitiges Berühren
sowie ein selbsttätiges Verdrehen der Kugelrollen quer
zur Laufrichtung im Lagerbetrieb zu vermeiden, werden auch diese
Wälzkörper in einem Lagerkäfig in gleichmäßigen
Ab ständen zueinander gehalten sowie axial geführt.
Eine der vorgeschlagenen Käfigausführungen ist
dabei ein offener Kunststoff-Schnappkäfig, der aus einem
umlaufenden vollwandigen Seitenring mit sich einseitig axial von
diesem weg erstreckenden Taschenstegen besteht, die in Höhe
einer durch die Mittelpunkte der Kugelrollen bestimmten Ebene in
jeweils zwei elastisch nachgiebige Taschenlappen übergehen.
Diese Taschenlappen sind dabei durch einen Zwischenraum zueinander
beabstandet und bilden jeweils paarweise mehrere Käfigtaschen,
die die Laufflächen der Kugelrollen örtlich umfassen.
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Als
nachteilig hat es sich jedoch erwiesen, dass mit einem derart ausgebildeten
Schnappkäfig nicht das gesamte, bei unterschiedliche Lagerbelastungen
auftretende kinematische Verhalten der als Kugelrollen ausgebildeten
Wälzkörper berücksichtigt worden ist,
so dass dieser Lagerkäfig für solche speziellen
Wälzkörper als ungeeignet erscheint. So wurde
beispielsweise festgestellt, dass Kugelrollen als Wälzkörper
in Radialwälzlagern bei höheren Drehzahlen und
gleichmäßiger Last aufgrund des eintretenden Kreiselffektes
ohne Schränkbewegungen stabil in ihren Laufbahnen abrollen
und keine axiale Führung durch den Lagerkäfig
benötigen. Fällt jedoch die Lagerdrehzahl unter
eine zulässige Mindestdrehzahl oder wird das Lager ruckartig
hoch beschleunigt, tritt insbesondere in der lastfreien Zone des
Lagers ein so genannter Taumeleffekt ein, bei dem die Kugelrollen
dazu neigen, in ihren Laufbahnen quer zur Laufrichtung wellenförmig
abzurollen. Dabei kommt es zunächst zum Kontakt der Laufflächen
der Kugelrollen mit dem Seitenring des Schnappkäfigs, durch
den Reibungswärme erzeugt wird und der für einen
Anstieg der Betriebstemperatur im Radialwälzlager ursächlich
ist. Die Reibung zwischen den Kugelrollen und dem Lagerkäfig
und die Taumelbewegungen der Kugelrollen können dabei so
stark werden, dass durch die entstehende Reibungswärme
die zulässige Betriebstemperatur des Lagers überschritten
wird und der erforderliche Schmierfilm zwischen den Kugelrollen
und dem Schnappkäfig örtlich abreißt
oder dass die Kugelrollen über die elastisch nachgiebigen Taschenlappen
aus ihren einseitig offenen Käfigtaschen letztlich sogar
ausschnappen und quer zu ihren Laufbahnen stehen, so dass es in
beiden Fällen zur Zerstörung des Lagerkäfigs
sowie zum vorzeitigen Ausfall des Lagers kommt.
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Aufgabe der Erfindung
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Ausgehend
von den dargelegten Nachteilen des bekannten Standes der Technik
liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe zu Grunde, ein Radialwälzlager,
insbesondere einreihiges Rillenwälzlager, zu konzipieren,
das mit einem Kunststoff-Schnappkäfig ausgebildet ist,
mit dem auch bei niedrigen Lagerdrehzahlen oder bei hoher Lagerbeschleunigung
jederzeit eine ausreichende axiale Führung der als Kugelrollen
ausgebildeten Wälzkörper gewährleistet
sowie ein Querstellen der Kugelrollen in ihren Käfigtaschen
vermeidbar ist.
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Beschreibung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe bei einem Radialwälzlager nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 derart gelöst, dass die Taschenlappen an den
Taschenstegen des Schnappkäfigs mit einer Versteifung ausgebildet
sind.
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Der
Erfindung liegt somit die Erkenntnis zugrunde, dass es allein durch
eine Versteifung der elastisch nachgiebigen Taschenlappen der einzelnen Käfigtaschen
bereits möglich ist, die bei niedrigen Lagerdrehzahlen
oder bei hoher Lagerbeschleunigung auftretenden Taumelbewegungen
der Kugelrollen derart einzuschränken, dass weder ein Reibungswärme
erzeugender Kontakt der Laufflächen der Kugelrollen mit
dem Seitenring des Schnappkäfigs noch ein Querstellen der
Kugelrollen in ihren Käfigtaschen mehr möglich
ist.
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Bevorzugte
Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäß ausgebildeten
einreihigen Radialwälzlagers werden in den Unteransprüchen
beschrieben.
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Danach
ist es gemäß Anspruch 2 bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten
Radialwälzlager vorgesehen, dass die Versteifung der Taschenlappen durch
eine im Zwischenraum zwischen den Taschenlappen jedes Taschensteges
angeordnete rückseitige Abstützung der Taschenlappen
erfolgt, die sich über eine durch die Mittelpunkte der
Kugelrollen bestimmte Ebene hinaus erstreckt.
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Im
Unterschied zu den Lösungen des bekannten Standes der Technik,
bei denen die Taschenstege genau ab der durch die Mittelpunkte der Kugelrollen
bestimmten Ebene in Taschenlappen übergehen, um deren zum
einfachen Einsetzen des Schnappkäfigs in das mit Wälzkörpern
befüllte Lager erforderliche Elastizität zu erzielen,
sollen bei dem Schnappkäfig des erfindungsgemäß ausgebildeten Radialwälzlagers
somit in dem ansonsten freien Zwischenraum zwischen den Taschenlappen
gezielt Abstützmittel eingesetzt werden.
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Eine
erste Ausführungsform eines derart erfindungsgemäß ausgebildeten
Radialwälzlagers ist es dabei nach Anspruch 3, dass die
Versteifung der Taschenlappen durch Ausfüllen des Zwischenraumes
zwischen diesen mit Kunststoff über die durch die Mittelpunkte
der Kugelrollen bestimmte Ebene hinaus gebildet wird. Bei dieser
besonders kostengünstigen Ausführungsform wird
somit bei der Herstellung des Kunststoff-Schnappkäfigs
der ansonsten zur Realisierung der elastischen Nachgiebigkeit der
Taschenlappen vorgesehen Zwischenraum zwischen diesen über
die genannte Ebene soweit mit dem Kunststoff des übrigen
Schnappkäfigs befüllt, dass die Elastizität
der Taschenlappen deutlich eingeschränkt und die Halterung
der Kugelrollen in ihren Käfigtaschen deutlich steifer
wird. Das Ausfüllen des Zwischenraumes zwischen den Taschenlappen
erfolgt dabei jedoch nur soweit, dass die Elastizität der Taschenlappen
immer noch ausreichend ist, um den Schnappkäfig nach dem
Befüllen des Lagers mit einem geringfügig erhöhten
Kraftaufwand auf die Kugelrollen aufschnappen zu können,
ohne dabei den Schnappkäfig zu beschädigen.
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Durch
Anspruch 4 wird darüber hinaus eine zweite Ausführungsform
des erfindungsgemäß ausgebildeten Radialwälzlagers
vorgeschlagen, bei der die Versteifung der Taschenlappen durch nach
dem Aufschnappen des Schnappkäfigs auf die Kugelrollen
in den Zwischenraum zwischen den Taschenlappen eingesetzte Formstücke
gebildet wird. Diese Formstücke weisen im Querschnitt die
Außenkontur der beiden Taschenlappen eines Taschensteges
auf und füllen nach Anspruch 5 die im Gegensatz zur ersten
Ausführungsform tiefer als die durch die Mittelpunkte der
Kugelrollen bestimmte Ebene ausgebildeten Zwi schenräume
zwischen den Taschenlappen derart komplett aus, dass nach deren
Einsetzen die Taschenlappen eines Taschensteges quasi starr zueinander
angeordnet sind. In vorteilhafter Weise sind die Formstücke
dabei in gleicher Anzahl und Teilung wie die Taschenstege am Schnappkäfig
axial einseitig an einem separaten zweiten vollwandigen Seitenring
angeordnet, so dass der Schnappkäfig dieser Ausführungsform
insgesamt aus zwei Teilen besteht.
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Nach
Anspruch 6 ist es schließlich noch eine vorteilhafte Ausgestaltung
der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten
Radialwälzlagers, dass der Grund des Zwischenraumes zwischen
den Taschenlappen und die Enden der Formstücke derart komplementär
zueinander ausgebildet sind, dass beide Teile des Schnappkäfigs
durch eine Rastverbindung formschlüssig miteinander montierbar
sind. Als besonders geeignet hat es sich dabei erwiesen, bei der
Herstellung des Schnappkäfigs den Grund der Zwischenräume
im Querschnittsprofil etwa trapezförmig auszuformen, während
bei der Herstellung des zweiten Teiles des Schnappkäfigs
an die Enden der Formstücke jeweils in den trapezförmigen
Grund der Zwischenräume passende Verdickungen angeformt
werden, die bei der abschließenden Montage des zweiten
Teils des Schnappkäfigs in die Zwischenräume zwischen
den Taschenlappen des eigentlichen Schnappkäfigs unter
leichtem Druck einrasten.
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Zusammenfassend
weist das erfindungsgemäß ausgebildete Radialwälzlager
somit gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten
Radialwälzlagern den Vorteil auf, dass es mit einem Kunststoff-Schnappkäfig
mit derart versteiften Taschenlappen ausgebildet ist, dass auch
bei niedrigen Lagerdrehzahlen oder bei hoher Lagerbeschleunigung
jederzeit eine ausreichende axiale Führung der als Kugelrollen
ausgebildeten Wälzkörper ohne quer zu deren Laufrichtung
wirkende Taumelbewegungen gewährleistet ist. Bei beiden
Ausführungsformen des Schnappkäfigs kann somit
durch die versteiften Taschenlappen ein Reibungswärme erzeugender
Kontakt zwischen den Laufflächen der Kugelrollen und dem
Seitenring des Schnappkäfigs sowie ein Querstellen der
Kugelrollen in ihren Käfigtaschen wirksam vermieden werden,
wobei letzteres bei der zweiten Ausführungsform durch die
zweiteilige Ausbildung des Schnappkäfigs sogar ausgeschlossen
ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Eine
bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten
Radialwälzlagers wird nachfolgend unter Bezugnahme auf
die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
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1 eine
vergrößerte räumliche Gesamtdarstellung
eines erfindungsgemäß ausgebildeten einreihigen
Rillenwälzlagers;
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2 eine
Draufsicht auf ein Teilstück einer ersten Ausführungsform
des Kunststoff-Schnappkäfigs des erfindungsgemäß ausgebildeten
Rillenwälzlagers nach 1;
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3 eine
Draufsicht auf ein Teilstück einer zweiten Ausführungsform
des Kunststoff-Schnappkäfigs des erfindungsgemäß ausgebildeten
Rillenwälzlagers nach 1 in demontierter
Stellung;
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3a eine
Draufsicht auf das Teilstück der zweiten Ausführungsform
des Kunststoff-Schnappkäfigs nach 3 in montierter
Stellung.
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Ausführliche Beschreibung
der Zeichnungen
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Aus 1 geht
deutlich ein als einreihiges Rillenwälzlager ausgebildetes
Radialwälzlager 1 hervor, welches im Wesentlichen
aus einem äußeren Lagerring 2 mit einer
inneren Laufbahn 3 und einem inneren Lagerring 4 mit
einer äußeren Laufbahn 5 sowie aus einer
Vielzahl zwischen diesen Lagerringen 2, 4 in den
Laufbahnen 3, 5 abrollender Wälzkörper besteht,
die durch Kugelrollen 6 mit jeweils zwei symmetrisch von
einer Kugelgrundform abgeflachten, parallel zueinander angeordneten
Seitenflächen 7, 8 gebildet werden. Die
axiale Führung sowie gleichmäßig beabstandete
Halterung in Umfangsrichtung dieser Kugelrollen 6 erfolgt
dabei durch einen in 2 näher dargestellten Kunststoff-Schnappkäfig 9,
der aus einem umlaufenden vollwandigen Seitenring 10 mit
sich einseitig axial von diesem weg erstreckenden Taschenstegen 11 besteht,
die in jeweils zwei elastisch nachgiebige und durch einen Zwischenraum 12 zueinander
beabstandete Taschenlappen 13, 14 übergehen.
Diese Taschenlappen 13, 14 sind deutlich sichtbar
durch einen Zwischenraum 12 zueinander beabstandet und
bilden jeweils paarweise mehrere Käfigtaschen 15,
die die Laufflächen der Kugelrollen 6 örtlich
umfassen.
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Aus
den 2, 3 und 3a geht
desweiteren hervor, dass die Taschenlappen 13, 14 an den
Taschenstegen 11 des Kunststoff-Schnappkäfigs 9 erfindungsgemäß mit
einer Versteifung 16 ausgebildet sind, durch die ein Reibungswärme
erzeugender Kontakt zwischen den Laufflächen der Kugelrollen 6 und
dem Seitenring 10 des Schnappkäfigs 9 sowie
ein Querstellen der Kugelrollen 6 in ihren Käfigtaschen 15 bei
niedrigen Lagerdrehzahlen oder bei hoher Lagerbeschleunigung vermeidbar
ist. Die 2 und 3a zeigen
dabei deutlich, dass diese Versteifung 16 durch eine im
Zwischenraum 12 zwischen den Taschenlappen 13, 14 jedes
Taschensteges 11 angeordnete rückseitige Abstützung
der Taschenlappen 13, 14 erfolgt, die sich über
eine durch die Mittelpunkte der Kugelrollen 6 bestimmte
Ebene 17 hinaus erstreckt.
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Bei
der in 2 gezeigten ersten Ausführungsform des
Kunststoff-Schnappkäfigs 9 des erfindungsgemäß ausgebildeten
Radialwälzlagers 1 wird diese Versteifung 16 der
Taschenlappen 13, 14 in einfacher Weise bei der
Herstellung des Schnappkäfigs 9 durch Ausfüllen
des Zwischenraumes 12 zwischen diesen mit Kunststoff über
die durch die Mittelpunkte der Kugelrollen 6 bestimmte
Ebene 17 hinaus gebildet.
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Die
in den 3 und 3a abgebildete zweite Ausführungsform
des erfindungsgemäß ausgebildeten Radialwälzlagers 1 zeichnet
sich dagegen dadurch aus, dass die Versteifung 16 der Taschenlappen 13, 14 durch
nach dem Aufschnappen des Schnappkäfigs 9 auf
die Kugelrollen 6 in den Zwischenraum 12 zwischen
den Taschenlappen 13, 14 eingesetzte Formstücke 18 gebildet
wird. Diese Formstücke 18 füllen, wie 3a deutlich
zeigt, den Zwischenraum 12 zwischen den Taschenlappen 13, 14 komplett
aus und sind gemäß der Darstellung in 3 in
gleicher Anzahl und Teilung wie die Taschenstege 11 axial
einseitig an einem separaten zweiten vollwandigen Seitenring 19 des
dabei aus zwei Teilen bestehenden Schnappkäfigs 9 angeordnet.
Darüber hinaus ist aus 3 ersichtlich,
dass der Grund 20 des Zwischenraumes 12 zwischen
den Taschenlappen 13, 14 und die Enden 21 der
Formstücke 18 derart komplementär zueinander
ausgebildet sind, dass beide Teile des Schnappkäfigs 9 durch eine
Rastverbindung in der in 3a dargestellten Weise
formschlüssig miteinander montierbar sind. Der Grund 20 der
Zwischenräume 12 ist dabei im Querschnittsprofil
etwa trapezförmig ausgeformt, während an die Enden 21 der
Formstücke 18 jeweils in den trapezförmigen
Grund 20 der Zwischenräume 12 passende
Verdickungen angeformt sind, die bei der abschließenden
Montage des zweiten Teils des Schnappkäfigs 9 in
die Zwischenräume 12 zwischen den Taschenlappen 13, 14 des
Schnappkäfigs 9 unter leichtem Druck einrasten.
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- 1
- Radialwälzlager
- 2
- äußerer
Lagerring
- 3
- innere
Laufbahn
- 4
- innerer
Lagerring
- 5
- äußere
Laufbahn
- 6
- Kugelrollen
- 7
- Seitenfläche
- 8
- Seitenfläche
- 9
- Kunststoff-Schnappkäfig
- 10
- Seitenring
- 11
- Taschenstege
- 12
- Zwischenraum
- 13
- Taschenlappen
- 14
- Taschenlappen
- 15
- Käfigtaschen
- 16
- Versteifung
- 17
- Ebene
- 18
- Formstücke
- 19
- zweiter
Seitenring
- 20
- Grund
von 12
- 21
- Enden
von 18
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 168499 [0002]
- - DE 4334195 A1 [0004]