DE102007032691A1

DE102007032691A1 - Radialwälzlager, insbesondere einreihiges Kugelrollenlager

Info

Publication number: DE102007032691A1
Application number: DE200710032691
Authority: DE
Inventors: Andreas Heinz; Jürgen Lenke; Andreas Neudecker
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-07-13
Filing date: 2007-07-13
Publication date: 2009-01-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein als einreihiges Kugelrollenlager (1) ausgebildetes Radialwälzlager, 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 axialseitig jeweils zwei symmetrisch von einer Kugelgrundform abgeflachte sowie parallel zueinander angeordnete Stirnflächen (6, 7) aufweisen und mit ihren Laufflächen (8) in zwei jeweils in die Innenseite (9) des äußeren Lagerrings (2) und in die Außenseite (10) des inneren Lagerrings (3) eingearbeiteten, rillenförmigen Laufbahnen (11, 12) abrollen. Erfindungsgemäß ist zumindest eine der Laufbahnen (11, 12) in den Lagerringen (2, 3) axial beidseitig durch umlaufende Anlaufborde (13, 14) begrenzt, die mit den Stirnflächen (6, 7) der Kugelrollen (5) in Wirkverbindung stehen und eine hohlschienenartige Wälzkörperführung in Umfangsrichtung bilden, durch die quer zur Laufrichtung auftretende Taumelbewegungen der Kugelrollen (5) vermeidbar sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein auch 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 in Kfz-Schaltgetrieben 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 Vielzahl 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, in denen die Lagerkugeln durch einen Lager käfig 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.
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, wurde darüber hinaus durch die DE 311 317 erstmals bekannt und 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 genannte Kugelrollen gebildet, die mit zwei symmetrisch von einer Kugelgrundform abgeflachten sowie parallel zueinander angeordneten Stirnflächen ausgebildet sind. Die Breite dieser Kugelrollen zwischen deren Stirnflächen ist dabei geringer als der Abstand zwischen den sich radial gegenüberliegenden Lagerringen ausgebildet, so dass das Befüllen des Lagers mit den Kugelrollen im so genannten Axialmontageverfahren erfolgen kann, bei dem die horizontal ausgerichteten Kugelrollen axial durch den Abstand zwischen Innenring und Außenring in das Lager ein geführt und danach einmal vertikal und einmal horizontal um 90° gedreht werden, so dass sie mit ihren Laufflächen in den Laufbahnen der Lagerringe abrollen können.
Trotz des Vorteils, diese speziell ausgebildeten Kugelrollen axial in das Lager einsetzen und das Radialwälzlager damit nahezu vollständig mit einer hohen Anzahl an Wälzkörpern ausfüllen zu können, hat sich ein solches Kugelrollenlager jedoch im Hinblick auf das bei unterschiedlichen Lagerbelastungen auftretende spezielle kinematische Verhalten der als Kugelrollen ausgebildeten Wälzkörper als problematisch erwiesen. So wurde beispielsweise festgestellt, dass die als Kugelrollen ausgebildeten Wälzkörper in Radialwälzlagern bei höheren Drehzahlen und gleichmäßiger Last aufgrund des eintretenden Kreiseleffektes ohne Schrankbewegungen stabil in ihren Laufbahnen laufen und keine axiale Führung durch einen 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, so dass unter diesen Bedingungen eine axiale Führung durch einen Lagerkäfig notwendig ist. Bei Verwendung eines Blechkäfigs, wie er beispielsweise durch die noch unveröffentlichte Patentanmeldung DE 10 2005 059 032.2 vorgeschlagen wurde, kann es dabei vor allem in Getriebeanwendungen zum Kontakt der Laufbahnkanten der Kugelrollen mit den Längsstegen der Käfigtaschen des Lagerkäfigs kommen, durch den Reibungswärme entsteht und die Betriebstemperatur im Radialwälzlager ansteigt. Bei häufigen Last-/Drehzahlwechseln kann die Reibung zwischen den Kugelrollen und dem Lagerkäfig im ungünstigsten Fall sogar dazu führen, dass die zulässige Betriebstemperatur des Lagers überschritten wird und es zu örtlichen Zerstörungen des Lagerkäfigs sowie zum vorzeitigen Ausfall des Lagers kommt. Auch ein Kunststoffschnappkäfig, wie er beispielsweise in 3 der DE 43 34 195 A1 offenbart wurde, kann das Querstellen der Kugelrollen unter den genannten Bedingungen nicht verhindern, da sich die Kugelrollen mit hohen Kräften über die elastisch nachgiebigen Taschenlappen aus ihren einseitig offenen Käfigtaschen herausdrehen und dabei den Schnappkäfig aus dem Lager herausdrücken. Dabei kann es ebenfalls zur Zerstörung des Lagerkäfigs und infolge der dann quer stehenden Kugelrollen mitunter zu schweren Lagerschäden kommen.
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, mit dem auch bei niedrigen Lagerdrehzahlen oder bei hoher Lagerbeschleunigung jederzeit eine ausreichende axiale Führung der als Kugelrollen ausgebildeten Wälzkörper gewährleistet ist, so dass quer zur Laufrichtung auftretende Taumelbewegungen der Kugelrollen in ihren Laufbahnen wirksam vermieden werden.
Beschreibung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Wälzlager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart gelöst, dass zumindest eine der Laufbahnen in den Lagerringen axial beidseitig durch umlaufende Anlaufborde begrenzt ist, die mit den Stirnflächen der Kugelrollen in Wirkverbindung stehen und eine hohlschienenartige Wälzkörperführung in Umfangsrichtung bilden, durch die quer zur Laufrichtung auftretende Taumelbewegungen der Kugelrollen vermeidbar sind.
Der Erfindung liegt somit die Erkenntnis zugrunde, dass die quer zur Laufrichtung der Kugelrollen auftretenden Taumelbewegungen nur dadurch möglich sind, dass die Radien der Laufbahnen in den Lagerringen auch an ihren Übergängen zur Innen- bzw. Außenseite der Lagerringe identisch mit dem Radius der Laufflächen der Kugelrollen sind. Durch die Anordnung von umlaufenden Anlaufborden an den Übergängen zumindest einer der Laufbahnen der Kugelrollen ist es somit in einfacher Weise möglich, die quer zur Laufrichtung auftretende Taumelbewegungen der Kugelrollen durch eine Führung zu unterbinden.
Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäß ausgebildeten Radialwälzlagers werden in den Unteransprüchen beschrieben.
Danach ist es gemäß Anspruch 2 bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzlager vorgesehen, dass bevorzugt nur die rillenförmige Laufbahn im äußeren Lagerring des Kugelrollenlagers axial beidseitig durch umlaufende Anlaufborde begrenzt ist. Dies hat sich zur Erzielung der erwünschten Führungswirkung als ausreichend und am kostengünstigsten erwiesen und ermöglicht darüber hinaus nach wie vor die Montage einer größtmöglichen Anzahl an Kugelrollen im eingangs beschriebenen Axialmontageverfahren. Äquivalent dazu ist es natürlich auch möglich, nur die rillenförmige Laufbahn im inneren Lagerring mit axial beidseitig umlaufenden Anlaufborden auszubilden oder auch zu Lasten der dann nur noch im Exzentermontageverfahren montierbaren Kugelrollen sowohl die Laufbahn im äußeren Lagerring als auch die Laufbahn im inneren Lagerring mit jeweils einem oder auch zwei solcher Anlaufborde zu begrenzen.
Ausgehend von der zuvor beschriebenen bevorzugten Ausbildung ist es nach Anspruch 3 ein weiteres Merkmal des erfindungsgemäß ausgebildeten Radialwälzlagers, dass der eine Anlaufbord der Laufbahn bevorzugt als eine den einerseitigen Übergang von der Laufbahn zur Innenseite des äußeren Lagerrings bildende Anlaufschulter ausgebildet ist, deren Querschnittsprofil dem Querschnittsprofil der Kugelrollen angepasst ist. Eine solche Anlaufschulter ist herstellbar, indem die Laufbahn der Kugelrollen nicht wie bisher üblich mit ihrem Radius bis zur Innenseite des äußeren Lagerrings auslaufend, sondern axial einseitig mit einem Einstich als Übergang von der Innenseite des äußeren Lagerrings zur Laufbahn endend ausgebildet wird. Der Einstich erfolgt dabei zeitgleich mit dem Schleifen der Laufbahn bevorzugt mittels einer Formschleifscheibe mit einer der Kontur der Kugelrollen entsprechenden Seitenkontur, so dass eine die Laufbahn begrenzende umlaufende Axialfläche entsteht, deren Querschnittsprofil dem Querschnittsprofil der Kugelrollen am Übergang ihrer Lauffläche zu deren einer Stirnfläche entspricht und somit im Falle der Berührung der Kugelrollen mit dieser Axialfläche einen reibungsarmen Führungskontakt gewährleistet.
Gemäß Anspruch 4 zeichnet sich das erfindungsgemäß ausgebildete Wälzlager schließlich noch dadurch aus, dass der andere Anlaufbord der Laufbahn bevorzugt durch einen zusätzlichen Sicherungsring od. dgl. gebildet wird, der in eine umlaufende Nut am anderseitigen Übergang von der Laufbahn zur Innenseite des äußeren Lagerrings eingeschnappt ist. Dieser zusätzliche Sicherungsring wird erst nach dem Befüllen des Lagers mit den Kugelrollen in das Lager eingesetzt und gewährleistet somit, dass weiterhin eine höchstmögliche Anzahl der Kugelrollen im Axialmontageverfahren von der mit der Anlaufschulter versehenen Seite her durch den Abstand zwischen den Lagerringen hindurch in das Lager eingeführt werden können. Die umlaufende Nut zum Einsetzen des Sicherungsringes ist dabei derart in den Übergang von der Laufbahn zur Innenseite des äußeren Lagerrings eingearbeitet, dass der eingesetzte Sicherungsring etwa zur Hälfte seiner Profilhöhe in der Nut fixiert ist. Der aus der Nut herausragende Teil des Sicherungsringes bildet dann innenseitig eine zur gegenüberliegenden umlaufenden Axialfläche der Anlaufschulter parallele umlaufende Axialfläche, die mit den jeweils anderen Stirnflächen der Kugelrollen in Führungskontakt steht und im Falle der Berührung der Kugelrollen mit dieser Axialfläche ebenfalls einen reibungsarmen Kontakt gewährleistet. Anstelle der unterschiedlichen Ausbildung der beidseitigen Anlaufborde als einerseits eingearbeitete Anlaufschulter und als andererseits eingesetzter Sicherungsring ist es jedoch auch denkbar, beide Anlaufborde der Kugelrollen durch beiderseits in die Übergänge der Laufbahn zur Innenseite des äußeren Lagerrings in Nuten eingesetzte Sicherungsringe der beschriebenen Art zu bilden.
Zusammenfassend weist das erfindungsgemäß ausgebildete Radialwälzlager somit gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Kugelrollenlagern den Vorteil auf, dass durch die beidseitige Begrenzung zumindest einer der Laufbahnen mit umlaufenden Anlaufborden eine hohlschienenartige Führung der Kugelrollen in Umfangsrichtung erzielt wird, durch die auch bei Lagerdrehzahlen unterhalb einer zulässigen Mindestdrehzahl oder bei ruckartigen Lagerbeschleunigungen vermieden wird, dass die Kugelrollen in ihren Laufbahnen quer zur Laufrichtung wellenförmig abrollen und durch Berührungen mit dem Lagerkäfig bzw. durch Querstellen in ihren Laufbahnen vorzeitige Lagerausfälle verursachen. Gleichzeitig ist das erfindungsgemäß ausgebildete Radialwälzlager durch seinen hohen Befüllungsgrad mit Kugelrollen für hohe Radial- und Axiallasten geeignet, bei dem der verwendete Lagerkäfig lediglich noch die Funktion eines Abstandhalters für die Kugelrollen in Umfangsrichtung hat.
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 perspektivische Gesamtansicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten Radialwälzlagers;
2 einen Querschnitt durch das erfindungsgemäß ausgebildete Radialwälzlager nach 1;
3 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit X des erfindungsgemäß ausgebildeten Radialwälzlagers gemäß 2;
4 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit Y des erfindungsgemäß ausgebildeten Radialwälzlagers gemäß 3.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Aus den 1 und 2 geht deutlich ein als einreihiges Kugelrollenlager 1 ausgebildetes Radialwälzlager 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 durch einen als Kunststoff-Schnappkäfig ausgebildeten Lagerkäfig 4 in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen zueinander gehalten werden. Diese Kugelrollen 5 rollen deutlich sichtbar 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 und zeichnen sich dadurch aus, dass sie axialseitig jeweils zwei symmetrisch von einer Kugelgrundform abgeflachte sowie parallel zueinander angeordnete Stirnflächen 6, 7 aufweisen und somit eine Verringerung des Axialbauraums für das Radialwälzlager 1 ermöglichen.
Durch die in 3 gezeigte vergrößerte Darstellung eines Teils des Lagerquerschnittes entsprechend der Einzelheit X gemäß 2 wird desweiteren deutlich, dass die rillenförmige Laufbahn 11 im äußeren Lagerring 2 erfindungsgemäß axial beidseitig durch umlaufende Anlaufborde 13, 14 begrenzt ist, die mit den Stirnflächen 6, 7 der Kugelrollen 5 in Wirkverbindung stehen. Dadurch weisen die Kugelrollen 5 eine hohlschienenartige Führung in Umfangsrichtung auf, mit der vermieden wird, dass die Kugelrollen 5 bei Lagerdrehzahlen unterhalb einer zulässigen Mindestdrehzahl oder bei ruckartigen Lagerbeschleunigungen in ihren Laufbahnen 11, 12 quer zur Laufrichtung wellenförmig abrollen und den Lagerkäfig 4 berühren bzw. durch ein Querstellen in ihren Laufbahnen 11, 12 vorzeitige Lagerausfälle verursachen.
Die vergrößerte Darstellung der Einzelheit Y gemäß 3 zeigt dabei, dass der eine Anlaufbord 13 der Laufbahn 11 als eine den einerseitigen Übergang von der Laufbahn 11 zur Innenseite 9 des äußeren Lagerrings 2 bildende Anlaufschulter 15 ausgebildet ist, deren Querschnittsprofil dem Querschnittsprofil der Kugelrollen 5 am Übergang ihrer Lauffläche 8 zu deren einer Stirnfläche 6 entspricht und somit im Falle der Berührung der Kugelrollen 5 mit dieser Anlaufschulter 15 einen reibungsarmen Führungskontakt gewährleistet. Der andere Anlaufbord 14 der Laufbahn 11 wird dagegen, wie in 3 abgebildet, durch einen zusätzlichen Sicherungsring 16 gebildet, der in eine umlaufende Nut 17 am anderseitigen Übergang von der Laufbahn 11 zur Innenseite 9 des äußeren Lagerrings 2 eingeschnappt ist. Die umlaufende Nut 17 ist dabei derart in den Übergang von der Laufbahn 11 zur Innenseite 9 des äußeren Lagerrings 2 eingearbeitet, dass der eingesetzte Sicherungsring 16 etwa zur Hälfte seiner Profilhöhe in der Nut 17 fixiert ist und der aus der Nut 17 herausragende Teil dann innenseitig eine zur gegenüberliegenden umlaufenden Anlaufschulter 15 parallele umlaufende Axialfläche bildet, die mit den jeweils anderen Stirnflächen 7 der Kugelrollen 5 in Führungskontakt steht und im Falle der Berührung der Kugelrollen 5 mit dieser Axialfläche ebenfalls einen reibungsarmen Kontakt gewährleistet.

1: Kugelrollenlager
2: äußerer Lagerring
3: innerer Lagerring
4: Lagerkäfig
5: Kugelrollen
6: Stirnfläche
7: Stirnfläche
8: Lauffläche
9: Innenseite von 2
10: Außenseite von 3
11: Laufbahn in 9
12: Laufbahn in 10
13: Anlaufbord
14: Anlaufbord
15: Anlaufschulter
16: Sicherungsring
17: Nut

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

- DE 168499 [0002]
- DE 151483 [0003]
- DE 2407477 A1 [0003]
- DE 311317 [0004]
- DE 4334195 A1 [0004, 0005]
- DE 102005059032 [0005]

Claims

Radialwälzlager, insbesondere einreihiges Kugelrollenlager (1), 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 axialseitig jeweils zwei symmetrisch von einer Kugelgrundform abgeflachte sowie parallel zueinander angeordneten Stirnflächen (6, 7) aufweisen und mit ihren Laufflächen (8) in zwei jeweils in die Innenseite (9) des äußeren Lagerrings (2) und in die Außenseite (10) des inneren Lagerrings (3) eingearbeitete, rillenförmigen Laufbahnen (11, 12) abrollen, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Laufbahnen (11, 12) in den Lagerringen (2, 3) axial beidseitig durch umlaufende Anlaufborde (13, 14) begrenzt ist, die mit den Stirnflächen (6, 7) der Kugelrollen (5) in Wirkverbindung stehen und eine hohlschienenartige Wälzkörperführung in Umfangsrichtung bilden, durch die quer zur Laufrichtung auftretende Taumelbewegungen der Kugelrollen (5) vermeidbar sind.
Radialwälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bevorzugt nur die rillenförmige Laufbahn (11) im äußeren Lagerring (2) des Kugelrollenlagers (1) axial beidseitig durch umlaufende Anlaufborde (13, 14) begrenzt ist.
Radialwälzlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Anlaufbord (13) der Laufbahn (11) bevorzugt als eine den einerseitigen Übergang von der Laufbahn (11) zur Innenseite (9) des äußeren Lagerrings (2) bildende Anlaufschulter (15) ausgebildet ist, deren Querschnittsprofil dem Querschnittsprofil der Kugelrollen (5) angepasst ist.
Radialwälzlager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der andere Anlaufbord (14) der Laufbahn (11) bevorzugt durch einen zusätzlichen Sicherungsring (16) od. dgl. gebildet wird, der in eine umlaufende Nut (17) am anderseitigen Übergang von der Laufbahn (11) zur Innenseite (9) des äußeren Lagerrings (2) eingeschnappt ist.