DE102010005209A1

DE102010005209A1 - Mehrreihiges Kegelrollenlager sowie Käfig für ein mehrreihiges Kegelrollenlager

Info

Publication number: DE102010005209A1
Application number: DE102010005209A
Authority: DE
Inventors: Oswald 97491 Bayer
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-01-21
Filing date: 2010-01-21
Publication date: 2011-07-28

Abstract

Ein mehrreihiges Kegelrollenlager (2) umfasst einen Innenring (4), einen Außenring (6) sowie mehrere in mindestens einem Käfig (10) zwischen dem Innenring (4) und dem Außenring (6) in O-Anordnung angeordnete kegelstumpfförmige Wälzkörper (8) mit einer kleinen Stirnfläche (18) und einer großen Stirnfläche (20). Um eine axiale Reaktionskraft, welche die Wälzkörper (8) der axial äußeren Wälzkörperreihen nach außen drückt, zu kompensieren, umfasst der Käfig (10) zwei äußere Abstützelemente (16) die zur Aufnahme der axialen Reaktionskraft (K) der Wälzkörper (8) ausgebildet sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein mehrreihiges Kegelrollenlager, umfassend einen Innenring, einen Außenring sowie mehrere in einem Käfig zwischen dem Innenring und dem Außenring in O-Anordnung angeordnete kegelstumpfförmige Wälzkörper mit einer kleinen Stirnfläche und einer großen Stirnfläche. Ein zweireihiges Kegelrollenlager in O-Anordnung ist z. B. aus der DE 3926803 A1 zu entnehmen. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Käfig für ein derartiges mehrreihiges Kegelrollenlager.
Hintergrund der Erfindung
Kegelrollenlager sind eine Bauform von Wälzlagern, die in allen Wälzlageranwendungen eingesetzt werden. Solche Lager sind sowohl in radialer als auch in axialer Richtung belastbar. Ein Kegelrollenlager umfasst einen ein- oder mehrteiligen Innenring mit einer radial nach außen zeigenden Laufbahn und einen ein- oder mehrteiligen Außenring mit einer radial nach innen zeigenden Laufbahn. Der Innenring und der Außenring werden zusammen als Lagerringe bezeichnet. Zwischen den beiden Laufbahnen in zwei oder mehreren Reihen sind Wälzkörper oder Rollen angeordnet, die die Form eines Kegelstumpfes aufweisen. Die Wälzkörper zwischen dem Innenring und dem Außenring werden für gewöhnlich von einem Käfig geführt. Der Käfig sorgt dafür, dass sich die Wälzkörper untereinander nicht berühren oder gegenläufig aneinander reiben und gewährleistet dadurch eine gleichmäßige Lastverteilung. Außerdem hält der Käfig bei zerlegbaren Lagern die Wälzkörper zusammen und verhindert damit deren Herausfallen.
In der Regel sind die Laufbahnen der Lagerringe so gegenüber einer Lagerachse des Lagers geneigt, dass ihre Verlängerungen in einem Punkt die Lagerachse schneiden. Die Differenz zwischen dem Winkel der Laufbahn des Außenrings gegenüber der Lagerachse und dem Winkel der Laufbahn des Innenrings gegenüber der Lagerachse entspricht somit dem Kegelwinkel der Wälzkörper.
Im Längsschnitt betrachtet stellt der Wälzkörper ein Trapez dar, dessen Schenkel durch zwei Mantellinien gebildet sind, die zueinander geneigt sind. Bei der Einleitung von Kräften durch die Mantelfläche des Wälzkörpers entsteht daher eine axiale Reaktionskraft, die ausgeglichen werden muss. Bei einer O-Anordnung der Wälzkörper wirkt diese Reaktionskraft axial nach außen, d. h. zu den großen Stirnflächen der Wälzkörper. Um ein Gleichgewicht an dem Wälzkörper herbeizuführen, ist deshalb an mindestens einem der Lagerringe am großen Durchmesser der jeweiligen Laufbahn für gewöhnlich ein so genannter Bord angebracht, an dem die axiale Reaktionskraft des Wälzkörpers abgestützt wird. Im Gegensatz zu der Berührung der Mantelfläche des Wälzkörpers mit den Laufbahnen, die einen Wälzkontakt darstellt, entsteht zwischen der großen Stirnfläche und dem Bord ein Gleitkontakt.
Der Kontaktpunkt zwischen dem Wälzkörper und dem Bord erfordert jedoch eine hohe Fertigungsgenauigkeit mit einem entsprechenden Kostenaufwand. Damit die Wälzkörper mit ihrer Kante nicht an den Bord ungewollt anlaufen, werden am Bord z. B. Hinterstiche eingebracht. Darüber hinaus gestaltet sich der Montagevorgang des Lagers aufgrund des seitlichen Bordes mitunter sehr schwierig.
Um den Fertigungsaufwand bei einem Kegelrollenlager zu verringern und eine reibungsarme Abstützung der Wälzkörper an den Bord zu ermöglichen, weisen die Kegelrollen im Bereich des Bordes optional eine teilkugelig ausgeführte Stirnfläche auf. Ein solches Kegelrollenlager ist z. B. aus der DE 197 01 086 A1 zu entnehmen.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die axiale Abstützung der Wälzkörper bei einem mehrreihigen Kegelrollenlager auf einen einfachen und kostengünstigen Weg zu verwirklichen.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein mehrreihiges Kegelrollenlager, umfassend einen Innenring, einen Außenring sowie mehrere in einem Käfig zwischen dem Innenring und dem Außenring in O-Anordnung angeordnete kegelstumpfförmige Wälzkörper mit einer kleinen Stirnfläche und einer großen Stirnfläche, wobei der Käfig zwei äußere Abstützelemente umfasst, die zur Aufnahme einer axialen Reaktionskraft der Wälzkörper ausgebildet sind.
Sowohl der Innenring als auch der Außenring des Kegelrollenlagers können ein- oder mehrteilig ausgebildet sein. Im Hinblick auf eine einfache Montage des Lagers ist z. B. der Außenring einteilig und der Innenring zweiteilig ausgestaltet. Ebenso kann der Käfig mehrteilig ausgebildet sein, wobei die einzelnen Teile über Kraft- und/oder Formschluss miteinander verbunden sind, derart, dass eine axiale Kraftübertragung zwischen den beiden Abstützelementen möglich ist.
Die Erfindung basiert auf der Idee, die axiale Reaktionskraft durch einen geeigneten Aufbau des Käfigs zu kompensieren. Voraussetzung hierfür ist, dass ein mehrreihiges Kegelrollenlager mit einer geraden Anzahl von Wälzkörperreihen vorliegt, so dass die Reaktionskraft auf alle zwei Reihen von Wälzkörpern in entgegengesetzter Richtung wirkt. Zum Ausgleich der axialen Kräfte im Lager ist zumindest für alle zwei Wälzkörperreihen ein Käfig mit zwei äußeren Abstützelementen vorgesehen. Die Abstützelemente nehmen die axiale Reaktionskraft auf, indem die Wälzkörper der zwei äußeren Wälzkörperreihen mit ihrer großen Stirnfläche an einem der Abstützelemente anliegen, d. h. die Wälzkörper stützen sich gegen die Abstützelemente ab. Die axiale Reaktionskraft von jeder äußeren Wälzkörperreihe wird somit auf das jeweilige Abstützelement übertragen. Darüber hinaus ist der Kraftfluss im Käfig geschlossen. Wenn der gesamte Käfig betrachtet wird, wirken die Reaktionskräfte der beiden äußeren Wälzkörperreihen axial entgegengesetzt auf den Käfig und heben sich durch den geschlossenen Kraftfluss im Käfig gegenseitig auf.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind der Außenring und der Innenring bordlos ausgebildet. Es handelt sich dabei um einen kraftübertragenden Bord, d. h. an der Seite der großen Stirnfläche der Wälzkörper ist kein Bord vorgesehen, der die axiale Reaktionskraft aufnimmt. Dies bedeutet, dass ein axial äußerer Bereich der Lagerringe den gleichen radialen Abstand zur Lagerachse aufweist wie die Kante der großen Stirnfläche, mit der der Wälzkörper auf der jeweiligen Laufbahn aufliegt. Da die Lagerringe bordlos sind, kann der Käfig beim Aufbauen des Kegelrollenlagers viel leichter über den Rand des Innenrings geschoben werden. Durch den Wegfall der Borde entfallen auch die Hinterstiche an den Lagerringen, so dass eine größere effektive Rollenlänge erreicht wird und somit die Tragzahl erhöht wird.
Zweckdienlicherweise sind die Abstützelemente im Wesentlichen ringförmig ausgebildet und erstrecken sich über den gesamten Umfang des Käfigs, wodurch eine besonders günstige Kräfteverteilung im Käfig erreicht ist.
Vorzugsweise sind die Abstützelemente bei einem einstückigen Käfig durch axiale Stege miteinander verbunden. Die axialen Stege ermöglichen eine axiale Kraftübertragung zwischen den Abstützelementen. Die axialen Stege begrenzen in Umfangsrichtung im Käfig ausgebildete Aufnahmetaschen für die Wälzkörper. Zur Verbesserung der Rollenführung ist bevorzugt zwischen den ringförmigen Abstützelementen außerdem ein mittlerer Käfigring vorgesehen, der die Aufnahmetaschen axial nach innen schließt.
Im Hinblick auf eine Minimierung der Reibung zwischen den Wälzkörpern und dem Käfig sind gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung die zu den anliegenden Wälzkörpern gerichteten Flächen der Abstützelemente beschichtet.
Bevorzugt ist zumindest die große Stirnfläche plan ausgebildet. Da beim beschriebenen Kegelrollenlager kein Bord mehr vorhanden ist, wird die Rollenfertigung kostenmäßig positiv beeinflusst, da die große Stirnfläche, die auf einem Abstützelement aufliegt, nicht mehr kugelig ausgeführt werden muss. Die große Stirnfläche wird insbesondere in einem einfachen Planschleifverfahren hergestellt.
Vorteilhafterweise sind die Abstützelemente für ein großflächiges Anliegen der Wälzkörper ausgestaltet, insbesondere beträgt die Höhe der Kontaktflache der Abstützelemente mit den Wälzkörpern etwa zwischen 10% und 25% vom Durchmesser der großen Stirnfläche der Wälzkörper. Dadurch, dass die Stirnfläche der Wälzkörper und die Abstützelemente relativ großflächig aneinander anliegen und sich nicht nur punktuell oder linear berühren, bleibt die Flächenpressung im Kontaktbereich niedrig. Somit ist die Gefahr einer Funktionsstörung aufgrund einer ungünstigen Verteilung der Druckkräfte auf die Abstützelemente deutlich herabgesetzt.
Die Aufgabe wird weiterhin erfindungsgemäß gelöst durch einen Käfig für ein mehrreihiges Kegelrollenlager, umfassend zwei äußere Abstützelemente, die zur Aufnahme einer axialen Reaktionskraft der Wälzkörper ausgebildet sind. Zweckdienlicherweise sind die Abstützelemente am Käfig im Wesentlichen ringförmig ausgebildet. Außerdem sind die Abstützelemente bevorzugt durch axiale Stege miteinander verbunden.
Die in Bezug auf das Kegelrollenlager aufgeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß auf den Käfig zu übertragen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung nähererläutert. Hierin zeigen:
1 einen Schnitt durch ein Kegelrollenlager, und
2 eine Draufsicht auf ein Kegelrollenlager.
Gleiche Bezugszeichen haben in den verschiedenen Figuren die gleiche Bedeutung.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
In 1 ist in einer Schnittdarstellung ein zweireihiges Kegelrollenlager 2 gezeigt, welches einen Innenring 4 und einen Außenring 6 umfasst. Das Lager 2 ist um eine Längsachse A symmetrisch ausgebildet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Innenring 4 zweiteilig und der Außenring 6 einteilig ausgebildet. Radial zwischen dem Innenring 4 und dem Außenring 6 sind in zwei Reihen in einer O-Anordnung mehrere kegelstumpfförmige Wälzkörper 8 angeordnet, die von einem einstückigen, im Wesentlichen zylindrischen Käfig 10 geführt sind. Für jeden Wälzkörper 8 ist in dem Käfig 10 eine Aufnahmetasche 11 nach Art einer trapezförmigen Aussparung ausgebildet. Die Aufnahmetaschen 11 sind in diesem Fall in zwei Reihen angeordnet, wobei ein Teil einer solche Reihe aus 2 ersichtlich ist.
Zwischen den beiden Reihen von Aufnahmetaschen 11 beziehungsweise von Wälzkörpern 8 ist ein mittlerer Käfigring 12 als Teil des Käfigs 10 ausgebildet. Der Käfig 10 weist außerdem sich axial erstreckende Stege 14 auf, die in Umfangsrichtung U des Kegelrollenlagers 2 betrachtet die Aufnahmetaschen 11 begrenzen. Ferner weist der Käfig 10 zwei im Wesentlichen ringförmige Abstützelemente 16 auf, welche die Aufnahmetaschen 11 axial schließen. Die Stege 14 verbinden die beiden Abstützelemente 16 miteinander, so dass der Kraftfluss am Käfig 10 geschlossen ist.
Wie aus dem unteren Teil des Kegelrollenlagers 2 in 1 ersichtlich ist, in den Bereichen des Käfigs 10, in denen bei einem Schnitt in Axialrichtung A keine Aufnahmetaschen 11 ausgefräst sind, ist der mittlere Käfigring 12 teil des Steges 14.
Die Wälzkörper 8 sind kegelstumpfförmig ausgestaltet und geneigt zur Lagerachse A gelagert. Sie weisen eine nach innen zeigende kleine Stirnfläche 18, sowie gegenüberliegend eine nach außen zeigende große Stirnfläche 20 auf. Auf jeden der Wälzkörper 8 wirkt eine axiale Reaktionskraft nach außen, die durch die Pfeile K angedeutet ist. Für die beiden im oberen Bereich in 1 gezeigten Wälzkörper 8 bedeutet dies, dass die auf den linken Wälzkörper 8 wirkende axiale Reaktionskraft K ihn nach links zu verschieben versucht und die auf den rechten Wälzkörper 8 wirkende axiale Reaktionskraft K ihn nach rechts zu verschieben versucht.
Da die Wälzkörper 8 mit ihren großen Stirnflächen 20 an Abstützelementen 16 anliegen, werden die auf die Wälzkörper 8 wirkende Reaktionskräfte K auf die Abstützelemente 16 übertragen. Aufgrund des geschlossenen Kraftflusses im Käfig 10 werden die axialen Reaktionskräfte K auch ohne weitere konstruktive Maßnahmen ausgeglichen. Die beiden Reaktionskräfte K haben den gleichen Betrag, wirken jedoch in entgegengesetzten Richtungen und heben sich somit gegenseitig auf.
Da ein axiales Verschieben der Wälzkörper 8 allein durch die Ausgestaltung des Käfigs 10 vermieden wird, entfällt die Notwendigkeit am Innenring 4 oder am Außenring 6 an der Seite der großen Stirnfläche 20 Borde anzubringen. Darüber hinaus ist die große Stirnfläche 20 der Wälzkörper 8 plan ausgebildet.
Im Hinblick auf eine besonders günstige Kräfteverteilung sind die Abstützelemente 16 derart ausgestaltet, dass die Stirnflächen 20 großflächig an die Abstützelemente 16 anliegen. Dies wird gewährleistet, indem eine Höhe H der Kontaktfläche zwischen einem Wälzkörper 8 und dem zugeordneten Abstützelemente 16 etwa 10% bis 25% von einem Durchmesser D der großen Stirnfläche 20 beträgt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt die Höhe H ca. 25% vom Durchmesser D der großen Stirnfläche 20.
Zusätzlich sind im gezeigten Ausführungsbeispiel die zu den Wälzkörpern 8 gerichteten inneren Flächen der Abstützelemente 16 beschichtet, um die Reibung zwischen den Wälzkörpern 8 und den Abstützelementen 16 minimal zu halten.
Die axialen Reaktionskräfte K würden sich bei einem vierreihigen Kegelrollenlager mit einem einstückigen Käfig in analoger Weise ausgleichen. Alternativ zu einem einstückigen Käfig können z. B. bei einem vierreihigen Kegelrollenlager auch zwei der oben beschriebenen zweireihigen Käfige 10 nebeneinander angeordnet sein, wobei durch eine kraft- oder formschlüssige Verbindung der beiden Käfige 10 der Kraftschluss im System ebenfalls geschlossen wird und die entgegengesetzten Reaktionskräfte K sich in Summe ausgleichen würden.
Bezugszeichenliste

2: Kegelrollenlager
4: Innenring
6: Außenring
8: Wälzkörper
10: Käfig
11: Aufnahmetasche
12: mittlerer Käfigring
14: Steg
16: Abstützelement
18: kleine Stirnfläche des Wälzkörpers
20: große Stirnfläche des Wälzkörpers
A: Längsachse des Lagers
D: Durchmesser der großen Stirnfläche
H: Höhe der Kontaktfläche zwischen einem Wälzkörper und einem Abstützelement
K: Reaktionskraft
U: Umfangsrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3926803 A1 [0001]
DE 19701086 A1 [0006]

Claims

Mehrreihiges Kegelrollenlager (2), umfassend einen Innenring (4), einen Außenring (6) sowie mehrere in einem Käfig (10) zwischen dem Innenring (4) und dem Außenring (6) in O-Anordnung angeordnete kegelstumpfförmige Wälzkörper (8) mit einer kleinen Stirnfläche (18) und einer großen Stirnfläche (20), dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (10) zwei äußere Abstützelemente (16) umfasst, die zur Aufnahme einer axialen Reaktionskraft (K) der Wälzkörper (8) ausgebildet sind.
Kegelrollenlager (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (4) und der Außenring (6) bordlos ausgebildet sind.
Kegelrollenlager (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützelemente (16) im Wesentlichen ringförmig ausgebildet sind.
Kegelrollenlager (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützelemente (16) durch axiale Stege (14) miteinander verbunden sind.
Kegelrollenlager (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zu den anliegenden Wälzkörpern (8) gerichteten Flächen der Abstützelemente (16) zur Minimierung einer Reibung der Wälzkörper (8) beschichtet sind.
Kegelrollenlager (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die große Stirnfläche (20) plan ausgebildet ist.
Kegelrollenlager (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützelemente (16) für ein großflächiges Anliegen der Wälzkörper (8) ausgebildet sind, insbesondere beträgt die Höhe (H) der Kontaktfläche der Abstützelemente (16) mit den Wälzkörpern (8) etwa zwischen 10% und 25% vom Durchmesser (D) der großen Stirnseite (20).
Käfig (10) für ein mehrreihiges Kegelrollenlager (2), umfassend zwei äußere Abstützelemente (16), die zur Aufnahme einer axialen Reaktionskraft (K) der Wälzkörper (8) ausgebildet sind.
Käfig (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützelemente (16) im Wesentlichen ringförmig ausgebildet sind.
Käfig (10) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützelemente (16) durch axiale Stege (14) miteinander verbunden sind.