DE102008026562A1

DE102008026562A1 - Wälzlager für hohe Drehzahlen

Info

Publication number: DE102008026562A1
Application number: DE102008026562A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Fugel; Jesko Jaekel; Andreas Ziegler
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-06-03
Filing date: 2008-06-03
Publication date: 2009-12-10

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager mit zylindrischen Wälzkörpern (4) und einem Käfig (3; 3'), welcher aus zwei die axiale Erstreckung des Käfigs (3; 3') definierenden Seitenringabschnitten (5a, 5b) besteht, die an ihrem Außendurchmesser über eine Vielzahl von sich axial erstreckenden, profilierten Stegabschnitten (6; 6') miteinander verbunden sind, wobei die Wälzkörper (4) in zwischen den Stegabschnitten (6; 6') gebildeten Taschen (7) platziert sind und eine radial nach außen gerichtete Bewegung der Wälzkörper (4) mittels Anformungen (8a, 8b; 8a', 8b'), welche im Verbindungsbereich der Stegabschnitte (6; 6') mit dem jeweiligen Seitenringabschnitt (5a; 5b) ausgebildet sind und die Wälzkörper (4) radial übergreifen, unterbindbar ist. Erfindungsgemäß erstrecken sich die Stegabschnitte (6; 6') in ihrem Mittelbereich (9; 9') radial auf das Maß des Außendurchmessers der Seitenringabschnitte (5a, 5b), um durch ein Abstützen ein Nachaußenbiegen der Stegabschnitte (6: 6') bei einer hohen Fliehkraftbelastung zu verhindern.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Wälzlager mit zylindrischen Wälzkörpern und einem Käfig, welcher aus zwei die axiale Erstreckung des Käfigs definierenden Seitenringabschnitten besteht, die an ihrem Außendurchmesser über eine Vielzahl von sich axial erstreckenden, profilierten Stegabschnitten miteinander verbunden sind, wobei die Wälzkörper in zwischen den Stegabschnitten gebildeten Taschen platziert sind und eine radial nach außen gerichtete Bewegung der Wälzkörper mittels Anformungen, welche im Verbindungsbereich der Stegabschnitte mit dem jeweiligen Seitenringabschnitt ausgebildet sind und die Wälzkörper radial übergreifen, unterbindbar ist.
Hintergrund der Erfindung
Die in Kraftfahrzeugen im Bereich des Getriebes oder der Kurbelwelle zum Einsatz kommenden Lager sind aufgrund der auftretenden Drehzahlen an diesen Stellen sehr hohen Belastungen unterworfen. Insbesondere bei sehr hochdrehenden Motoren und Getrieben, bei welchen eine große Übersetzung ins Schnelle stattfindet, kann es aufgrund dieser Belastung verstärkt zu Ausfällen kommen. Die Ursache hierfür ist, dass der Käfig der verwendeten Lager aufgrund der durch die hohen Drehzahlen hervorgerufenen Fliehkräfte so stark belastet wird, dass sich die Wälzkörperinnenhalterungen elastisch nach außen durchbiegen. Die Folge ist ein Abbremsen der Wälzkörper und unter Umständen ein Blockieren, was den Ausfall des Lagers hervorruft. Diese Effekte treten insbesondere bei Wälzlagern mit sehr langen Wälzkörpern auf.
Aus der EP 1 262 256 B1 ist ein herkömmlicher Käfig eines Wälzlagers mit zylindrischen Wälzkörpern bekannt, bei welchem zwei Seitenringsabschnitte über eine Vielzahl dazwischen liegender Stegabschnitte miteinander verbunden sind. Die Stegabschnitte sind hierbei äquidistant zueinander angeordnet und definieren auf diese Art und Weise Taschen, in welchen die Wälzkörper des Wälzlagers positioniert sind. Im Verbindungsbereich mit den Seitenringabschnitten weisen die Stegabschnitte zudem Anformungen auf, durch welche die Wälzkörper radial übergriffen werden, so dass eine radial nach außen gerichtete Bewegung der Wälzkörper aus dem Käfig heraus nicht möglich ist. Zudem verjüngen sich die Stegabschnitte in ihrem Mittelbereich radial zu einem ebenen Abschnitt, welcher eine Führungsfunktion der jeweils anliegenden Wälzkörper übernimmt.
Nachteilhaft an einer derartigen Ausführung eines Käfigs ist, dass ab einer bestimmten Wälzkörperlänge und höheren Drehzahlen ein Nachaußenbiegen des Mittelbereichs der Stegabschnitte stattfindet, was zu dem besagten Abbremsen der Wälzkörper und somit einem Blockieren des Wälzlagers führen kann.
In der DE 102 23 432 A1 ist des Weiteren ein Käfig für ein Wälzlager mit zylindrischen Wälzkörpern offenbart, bei welchem die Mittelbereiche der Stegabschnitte ausgehend von den Verbindungsbereichen mit dem jeweiligen Seitenringabschnitt und einer radialen Verjüngung wieder um ein gewisses Maß radial nach oben gewölbt sind. Durch diese Maßnahme soll die Gestalt des Käfigs so optimiert werden, dass er nicht bei Schweißvorgängen und Wärmebehandlung in seiner Funktion beeinträchtigt wird.
Zwar wird durch eine derartige Gestaltung der Mittelbereiche die Biegung bei sehr hohen Drehzahlen in gewissem Maße reduziert, aber nicht weitestgehend verhindert, so dass auch bei einer derartigen Ausführungsform ein Abbremsen der Wälzkörper auftreten kann.
Aufgabe der Erfindung
Ausgehend von den dargelegten Nachteilen des Standes der Technik liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe zu Grunde, ein Wälzlager mit einem Käfig zu schaffen, welcher derart ausgestaltet ist, dass ein Nachaußenbiegen der Stegabschnitte aufgrund hoher Fliehkraftbelastung nahezu vollständig verhindert wird.
Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die darauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
Die Erfindung umfasst die technische Lehre, dass die Stegabschnitte sich in ihrem Mittelbereich radial auf das Maß des Außendurchmessers der Seitenringabschnitte erstrecken. Dadurch kann bei sehr hohen Fliehkraftbelastungen ein Abstützen des Mittelbereichs am Außenring des Wälzlagers erfolgen und somit ein Biegen der Stegabschnitte auf einen verschwindend geringen Anteil minimiert werden. Des Weiteren wird durch diese Maßnahme auch eine Verbesserung der Torsionssteifigkeit des Käfigs erreicht.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung verfügen die Stegabschnitte auch in dem sich erstreckenden Mittelbereich über Anformungen zur Stabilisierung der Wälzkörper. Vorteilhaft ist hierbei, dass durch diese Stabilisierung eine geringere Verschränkung der Wälzkörper auftritt und somit der Verbindungsbereich der Stegabschnitte mit dem jeweiligen Seitenringab schnitt entlastet wird. Zudem wirkt sich eine derartige Gestaltung vorteilhaft auf den Bereich aus, an welchem der Wälzkörper die Lastzone verlässt. In Weiterbildung der Erfindung sind pro Tasche jeweils zwei Wälzkörper koaxial zueinander angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass eine Tragzahlsteigerung ähnlich wie bei der Verwendung zweier Einzelkäfigen erreicht werden kann, wobei der Herstellungsaufwand gegenüber Einzelkäfigen reduziert ist. Des Weiteren verbessert sich die Zuführung von Schmiermittel zum Lager, da vorgesehene Schmierlochbohrungen nicht mehr frequentiell abgedichtet werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die Anformungen jeweils auf ihren radialen Innenseiten gewölbte Konturen auf. Durch diese Maßnahme kann eine gute Führung der Wälzkörper erreicht werden.
In Weiterbildung der Erfindung sind im Bereich der Anformungen auf den radialen Innenseiten der Stegabschnitte Konturen vorgesehen, welche tangential zu den Querschnitten der Wälzkörper ausgebildet sind. Durch diese tangentiale Konturen kann die Krafteinleitung in den Käfig und somit dessen Belastung reduziert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht der Käfig aus Stahl. Durch diese Maßnahme wird eine robuste Ausführung des Käfigs erreicht.
In Weiterbildung der Erfindung ist der Käfig ein geschweißtes Stanzbiegeteil. Dies hat den Vorteil, dass der Käfig mit niedrigem Herstellungsaufwand produziert werden kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der zugehörigen Figuren näher dargestellt. Dabei zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines Planetenradgetriebes, bei welchem das erfindungsgemäße Wälzlager Anwendung findet;
2 eine perspektivische Ansicht eines Käfigs des erfindungsgemäßen Wälzlagers gemäß einer ersten Ausführungsform;
3 eine Schnittansicht entlang einer Tasche des Käfigs aus 2;
4 eine perspektivische Ansicht eines Käfigs des erfindungsgemäßen Wälzlagers gemäß einer zweiten Ausführungsform;
5 eine Schnittansicht entlang einer Tasche des Käfigs aus 4.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Planetenradgetriebes zu sehen, bei welchem im Bereich der Planetenräder jeweils das erfindungsgemäße Wälzlager zum Einsatz kommt. Ein Außenring 1 jedes Wälzlagers wird hierbei durch das jeweilige Planetenritzel gebildet, während der jeweilige Planetenträgerbolzen den Innenring 2 darstellt. Zwischen den so gebildeten Außenringen 1 und Innenringen 2 ist des Weiteren jeweils ein Käfig 3 angeordnet, welcher eine Vielzahl an Wälzkörpern 4 führt.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht des Käfigs 3 gemäß einer ersten Ausführungsform, welcher aus zwei Seitenringabschnitten 5a und 5b aufgebaut ist, die an ihrem Außendurchmesser über eine Vielzahl von Stegabschnitten 6 miteinander verbunden sind. Entsprechend ihrer Anordnung definieren die Stegabschnitte 6 Zwischenräume, welche Taschen 7 für die im zusammengebauten Zustand des Wälzlagers hier platzierten, in dieser Ansicht nicht dargestellten Wälzkörper 4 bilden. Im Verbindungsbereich mit den Seitenringab schnitten 5a und 5b weisen die Stegabschnitte 6 zudem Anformungen 8a und 8b auf, welche im montierten Zustand des Lagers die Wälzkörper 4 übergreifen und somit deren radial nach außen gerichtete Bewegung begrenzen. Wie des Weiteren aus 3 ersichtlich ist, erstreckt sich der Mittelbereich 9 jedes Stegabschnittes 6 radial auf das Maß der Seitenringabschnitte 5a und 5b, wodurch es bei hohen Fliehkraftbelastungen des Käfigs 3 über den Mittelbereich 9 zu einem Abstützen am Außenring 1 des Wälzlagers kommt und somit die Biegung jedes Stegabschnitts 6 maßgeblich reduziert wird. Die Anformungen 8a und 8b weisen an ihren radialen Innenseiten an sich bekannte, gewölbte Konturen 10a und 10b auf, welche Anlaufstellen für die Wälzkörper 4 bilden und hier nicht explizit weiter beschrieben werden.
In 4 ist die perspektivische Ansicht eines Käfigs 3' einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wälzlagers zu sehen. Im Unterschied zur vorher beschriebenen Ausführung weisen die Stegabschnitte 6' neben den Anformungen 8a' und 8b' in den Verbindungsbereichen mit den Seitenringabschnitten 5a und 5b eine weitere Anformung 11 in ihrem Mittelbereich 9' auf. Durch diese weitere Anformung 11 findet auch im Mittelbereich 9' eine Stabilisierung der ansonsten in den Taschen 7 angeordneten, hier nicht dargestellten Wälzkörper 4 statt. Aus 5 ist des Weiteren ersichtlich, dass im Bereich der Anformungen 8a', 8b' und 11 auf radialen Innenseiten der Stegabschnitte 6' Konturen 12a–12d vorgesehen sind, welche tangential zu den Querschnitten der, hier nicht dargestellten, Wälzkörper 4 ausgerichtet sind. Diese stellen jeweils Anlaufstellen der Wälzkörper 4 dar und werden an dieser Stelle nicht explizit weiter ausgeführt.

1: Außenring
2: Innenring
3, 3': Käfig
4: Wälzkörper
5a, 5b: Seitenringabschnitte
6, 6': Stegabschnitt
7: Tasche
8a, 8b, 8a', 8b': Anformungen
9, 9': Mittelbereich
10a, 10b: gewölbte Kontur
11: Anformung
12a–12d: tangentiale Kontur

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

- EP 1262256 B1 [0003]
- DE 10223432 A1 [0005]

Claims

Wälzlager mit zylindrischen Wälzkörpern (4) und einem Käfig (3; 3'), welcher aus zwei die axiale Erstreckung des Käfigs (3; 3') definierenden Seitenringabschnitten (5a, 5b) besteht, die an ihrem Außendurchmesser über eine Vielzahl von sich axial erstreckenden, profilierten Stegabschnitten (6; 6') miteinander verbunden sind, wobei die Wälzkörper (4) in zwischen den Stegabschnitten (6; 6') gebildeten Taschen (7) platziert sind und eine radial nach außen gerichtete Bewegung der Wälzkörper (4) mittels Anformungen (8a, 8b; 8a', 8b'), welche im Verbindungsbereich der Stegabschnitte (6; 6') mit dem jeweiligen Seitenringabschnitt (5a; 5b) ausgebildet sind und die Wälzkörper (4) radial übergreifen, unterbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stegabschnitte (6; 6') sich in ihrem Mittelbereich (9; 9') radial auf das Maß des Außendurchmessers der Seitenringabschnitte (5a, 5b) erstrecken, um durch ein Abstützen ein Nachaußenbiegen der Stegabschnitte (6; 6') bei einer hohen Fliehkraftbelastung zu verhindern.
Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stegabschnitte (6') auch in dem sich erstreckenden Mittelbereich (9') über Anformungen (11) zur Stabilisierung der Wälzkörper (4) verfügen.
Wälzlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass pro Tasche (7) jeweils zwei Wälzkörper (4) koaxial zueinander angeordnet sind.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anformungen (8a, 8b) jeweils auf ihren radialen Innenseiten gewölbte Konturen (10a, 10b) aufweisen.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Anformungen (8a', 8b', 11) auf den radialen Innenseiten der Stegabschnitte (6') tangential zu den Querschnitten der Wälzkörper (4) ausgebildete Konturen (12a bis 12d) vorgesehen sind.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (3; 3') aus Stahl besteht.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (3; 3') ein geschweißtes Stanzbiegeteil ist.