DE4220515A1 - Nadellager mit geteiltem nadelkaefig - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Nadellager mit geteiltem Lagerkäfig, vorzugsweise für die Lagerung der Getriebeleerlaufwelle oder der Kurbelwelle von Kraftfahrzeug­ motoren.

Nadellager mit einem Nadelkäfig werden im Kraftfahrzeugbau und im industriellen Maschinenbau wegen ihres geringen Gewichtes und ihres kompakten Aufbaues in großem Umfang eingesetzt. In Fig. 4 ist ein Beispiel für den Synchronisiermechanismus 50 dargestellt, bei dem ein Zahnrad 51 auf der Getriebewelle 52 mit Hilfe eines Nadellagers 53 montiert ist. Nach dem Stand der Technik stehen hierfür zwei verschiedene Arten von Nadellagern zur Verfügung. Im einem Fall findet ein Nadellager mit einem einteiligen Nadelkäfig und im anderen Fall mit einem geteilten Nadelkäfig Verwendung. Wie aus der nachfolgenden Beschreibung hervorgeht, wird für das als Leerlauflager verwendete Nadellager 53 eine Ausführungsform mit einem geteilten Nadelkäfig bevorzugt, um den Abrieb zu verringern. Wie allgemein bekannt, rotieren in einem Kraftfahrzeuggetriebe in mit unter Last stehender Antriebsposition sowohl das Zahnrad 51 als auch die Getriebewelle 52, wobei im Leerlauf die relative Drehung des Nadellagers 53 bezogen auf die Getriebewelle und das Zahnrad 51 Null wird. Unter dieser Bedingung beginnen die Nadeln, ohne ihre Position zu verlassen, eine Schwingbewegung auszuführen und reiben am Außen­ sowie am Innenring, der dadurch einem Abrieb unterworfen wird. Dieser Innen­ und Außenring wird einerseits von der Getriebewelle 52 und andererseits von dem Zahnrad 51 gebildet. Aufgrund dieses Abriebes entsteht auf der Oberfläche des Innen- und Außenringes eine Wellenstruktur, deren Wellentäler komplemen­ tär zu dem Nadelmuster ist.

Bei einem Nadellager mit einem geteilten Nadelkäfig ist zumindest ein Spalt vorgesehen, der parallel zu der Längserstreckung der Nadeln verläuft. Dieser Spalt ermöglicht für denjenigen Teil des Nadelkäfigs, der nicht unter Last steht, eine relative Verschiebung in Umfangsrichtung relativ zum anderen Ende, wodurch sich die Ausbildung von Abriebmustern gegenüber einem Nadellager mit geschlossenem Nadelkäfig verringert.

Für den geteilten Nadelkäfig sind zwei Ausführungen gebräuchlich. In einem Fall ist ein C-förmiger Nadelkäfig einmal unterteilt, wogegen im anderen Fall der Nadelkäfig aus zwei Teilen besteht, die in der Regel halbkreisförmig sind. Durch diese halbkreisförmige Ausgestaltung kann die Ausbildung eines Abriebmusters weiter verringert werden.

Da bei einem Nadellager mit zweiteiligem Nadelkäfig die halbkreisförmigen Käfigsegmente radial eingesetzt werden können, hat sich dieser Nadellagertyp in der Anwendung besonders vorteilhaft, insbesondere beim Montieren des Nadel­ lagers auf den Endabschnitten einer Kurbelwelle, erwiesen. Wenn dagegen ein Nadellager mit zweiteiligem Nadelkäfig entsprechend dem Nadellager 53 gemäß Fig. 4 auf der Getriebewelle 52 montiert werden soll, müssen beide Käfig­ segmente separat montiert werden. Wenn überdies das Zahnrad auf dem Leerlauflager 53 montiert werden muß, nachdem der aus zwei Teilen bestehende Nadelkäfig 55 montiert ist, kann das eine Käfigelement nach unten wegfallen, wenn es nicht in seiner richtigen Lage festgehalten wird. Aufgrund dieser Tatsache wird für die Montage sehr viel mehr Zeit benötigt.

Auch die Tatsache, daß ein zweiteiliger Nadelkäfig eine größere Anzahl von Elementen umfaßt, ist von Nachteil, da nicht nur die Montagezeit erhöht, sondern auch die Kosten für Speicherung und Transport zunehmen.

Es sei bemerkt, daß bei Nadellagern mit einem einteiligen Nadelkäfig bereits versucht wurde, sowohl durch die Verwendung einer größeren Anzahl von Nadeln den Kontaktdruck als auch durch eine vergrößerte radiale Toleranz zwischen der Welle und den Nadeln die Ausbildung von Abriebmarken bzw. eines Abrieb­ musters zu verringern. Die Vergrößerung der Anzahl der Nadeln führt zu einer Verringerung der Abstände zwischen benachbarten Nadeln, d. h. zu einer Verringerung der Stegbreite zwischen den Nadeln, womit die Festigkeit des Nadelkäfigs beeinträchtigt wird. Andererseits wird durch die Vergrößerung der radialen Toleranz über einen vorgegebenen Grenzbereich hinaus bewirkt, daß das Nadellager im Betrieb zu vibrieren beginnt und ein erhöhtes Betriebsgeräusch hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Nadellager mit einem zweiteiligen Nadelkäfig zu schaffen, bei dem einerseits der Verschleiß durch Abrieb verringert sowie das Entstehen von Abriebmustern hinausgezögert werden kann und das andererseits auf einem Maschinenelement leicht zu installieren ist.

Dadurch soll die Wirtschaftlichkeit erhöht und Transport- sowie Lagerkosten verringert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Nadellager gemäß dem Anspruch 1 gelöst.

Bei einem solchen Nadellager gemäß der Erfindung besteht der Nadelkäfig aus zwei Käfigsegmenten, die über ein Bindemittel zu einem Ring verbunden sind. Als Bindemittel kann hierbei jedes Material verwendet werden, das geeignet ist, die beiden Käfigelemente mit einander gegenüberliegenden Stirnseiten fest zu verbinden, wobei das Bindemittel seine Haftfähigkeit verlieren soll, wenn es über einen bestimmten Temperaturbereich hinaus erhitzt wird. Beispielsweise kann hierfür ein viskoses Material mit einem Venylacetat-Harz als Hauptkomponente und einem bei erhöhter Temperatur schmelzenden Binder verwendet werden.

Das erwähnte Venylacetat-Harz hat die Eigenschaften, daß es sich bei einer Erwärmung auf oder über 60°C und vorzugsweise weniger als 100°C unter normalen Druckbedingungen erweicht und die Bindefähigkeit soweit zurückgeht, daß sich die Käfigelemente lösen und zwischen den Käfigelementen Spalten entstehen, in denen benachbarte Stirnseiten der Käfigelemente einander gegen­ über liegen.

Auch der unter Temperatureinfluß schmelzende Binder ist so ausgewählt, daß er bei einer Temperatur von 60° oder darüber unter normalem Druck schmilzt.

Bei einem derartigen aus zwei Käfigelementen bestehenden Nadellager kann der Nadelkäfig wie ein einteiliger Nadelkäfig gehandhabt werden. Aus diesem Grund besteht keine Notwendigkeit, die Käfigelemente beim Montieren des Außenringes festzuhalten, damit sie nicht abfallen oder sich aus der Lage lösen, in der sie sich bei der Montage befinden sollen. Dies bringt nicht nur eine Verbesserung der Wirtschaftlichkeit, sondern auch eine erhebliche Vereinfachung bei allen Handhabungen der Montage.

Wenn das Nadellager sich aufgrund des Betriebseinsatzes der Maschine erwärmt, verringert sich die Bindefähigkeit des Bindemittels, so daß die Käfigelemente nicht mehr zusammengehalten werden und sich unter Ausbildung eines Spaltes zwischen den einzelnen Elementen voneinander lösen. Es ist auch möglich, daß das Bindemittel abschmilzt. Danach wirkt das Nadellager wie ein Nadellager mit einem zweiteiligen Nadelkäfig.

Wenn sich die Käfigelemente voneinander losgelöst haben, und sich zwischen einander gegenüberliegenden Stirnkanten der Käfigelemente ein der Dicke des Bindemittels entsprechender Spalt durch Abschmelzen oder Ablösen des Binde­ mittels ausgebildet hat, ergibt sich ein radiales Spiel zwischen den Nadeln und der Oberfläche des Innenringes oder der Welle. Infolgedessen können sich nunmehr die Käfigelemente relativ zueinander in Umfangsrichtung verschieben und zwar um einen Abstand, der der Spaltbreite entspricht. Wenn somit der Innenring und der Außenring gemeinsam, d. h. im Leerlauf umlaufen, wird das Käfigelement, das sich bezüglich der Wirkungsrichtung der Last auf der Front­ seite befindet, nicht belastet, d. h. es wirkt auch keine Antriebskraft und dement­ sprechend wird auch eine Winkelbewegung des Käfigelementes um die Längsachse des Nadellagers um eine Zeit verzögert, die sich aus der Größe des Spaltes bestimmt. Die Folge davon ist, daß die Abnutzungserscheinung und das Abriebmuster in vorteilhafter Weise erst nach viel längerer Benutzungsdauer als bisher üblich auftritt.

Die Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgen­ den Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Ansprü­ chen und der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Nadellager gemäß der Erfindung;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein Nadellager gemäß Fig. 1, wobei nur eine der Vielzahl der Nadeln gezeigt ist;

Fig. 3 einen Querschnitt durch das Nadellager, der der Erläuterung der Wirkungsweise eines zweiteiligen Nadelkäfigs dient;

Fig. 4 einen Schnitt durch einen Teil eines Kraftfahrzeugantriebes, bei dem herkömmliche Nadellager Verwendung finden.

Die Fig. 1 bis Fig. 3 zeigen ein Nadellager gemäß der Erfindung, welches zwischen zwei Teilen angeordnet ist, die relativ zueinander eine Drehbewegung ausführen können. In der Darstellung ist eine Welle 1 und ein Außenring 2 gezeigt, die koaxial zueinander angeordnet sind und eine relative Drehbewegung zueinander ausführen können. Das Nadellager umfaßt einen Nadelkäfig 3, der zwischen der Welle und dem Außenring angeordnet ist und eine Vielzahl von Nadeln 6 aufnimmt. Dadurch werden die Nadeln in einem bestimmten Abstand zueinander längs dem Umfang des Nadelkäfigs gehalten.

Der Nadelkäfig 3 ist aus zwei Käfigsegmenten 3a und 3b hergestellt, die von identischem Aufbau und halbkreisformig gebogen sind. Im Montagezustand sind die halbkreisförmigen Käfigelemente 3a und 3b mit ihren einander gegenüber­ liegenden Stirnseiten mit Hilfe eines Bindemittels 4 aneinander geklebt, so daß sich ein kreisrunder Nadelkäfig ergibt, der koaxial zwischen der Welle 1 und dem Außenring 2 zu liegen kommt.

Es sei bemerkt, daß bei einer Verwendung des Nadellagers für ein Kraftfahrzeug­ getriebe gemäß Fig. 4 die Welle 1 und der Außenring 2 von der Getriebeantriebs­ welle 52 einerseits und dem leerlaufenden Zahnrad 51 andererseits gebildet sein können.

Es sei auch bemerkt, daß abweichend von der dargestellten Ausführungsform die Käfigelemente 3a und 3b nicht an beiden Stirnseiten, sondern nur an einer mit dem Bindemittel 4 miteinander verbunden sein können.

Unabhängig von der Anzahl der über ein Bindemittel miteinander verbundenen Stirnseiten der Käfigelemente findet ein Material Verwendung, das bei einer erhöhten Temperatur seine Bindekraft verliert. Dieses Material kann beispiels­ weise als Hauptkomponente Venylacetat-Kunstharz oder irgendein anderes Material sein, das bei erhöhter Temperatur schmilzt.

Ein viskoses Material mit Venylacetat-Kunstharz als Hauptkomponente hat die Eigenschaft bei Temperaturen um 60° und darüber weich zu werden, wodurch die Bindekraft verlorengeht. Diese Temperatur kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß das Lager in eine Flüssigkeit, z. B. heißes Wasser gelegt wird. Ein derartiges viskoses Material ist unter dem Warenzeichen "Toughgrip" bekannt und wird von der Fa. Kobayashi Pharmaceutical Co., Ltd. of Japan angeboten. Dieses Produkt verliert seine Bindekraft bei einer Temperatur von etwa 80°C.

Das temperaturabhängig schmelzende Material kann ein Äthylenvinylacetat Copolymer, ein Äthylenacrylsäure Copolymer oder ein Polymer sein, das Poly­ olefin, Polyamid, Polyester oder Gummi enthält, wobei alle diese Stoffe in einem Temperaturbereich zwischen etwa 60°C und 200°C schmelzen.

Bei der Verwirklichung der Erfindung sollte das verwendete Bindemittel 4 mit einem Schmelzpunkt eingestellt werden, der den gewünschten Betriebs­ bedingungen, unter welchen das Nadellager eingesetzt wird, entspricht. Die verwendeten Käfigelemente des Nadelkäfigs 3 haben eine Vielzahl von längs dem Umfang angeordneten Nadeltaschen 5, die jeweils die Nadeln 6 aufnehmen. Zwischen den einzelnen Nadeltaschen befinden sich Stege 31. Wie man aus Fig. 2 entnehmen kann, ist jede der Taschen 5 derart gestaltet, daß sie die eingelegte Nadel 6 an den jeweiligen Stirnenden in einem Abstand derart halten, daß sich die Nadel 6 drehen, jedoch nicht aus der Nadeltasche herausfallen kann, d. h. die Nadel wird in axialer Richtung fixiert. Der Außendurchmesser des Nadelkäfigs 3 ist derart ausgelegt, daß er eine gleitende Bewegung innerhalb des Außenringes 2 ausführen kann. Die Nadeltaschen und damit die darin gehaltenen Nadeln 6 sind in Umfangsrichtung entweder im gleichen Abstand oder in einem variierenden Abstand angeordnet. Jedes Käfigsegment 3a bzw. 3b kann aus einem Bandmateri­ al herausgestanzt und anschließend einem Nitrierprozeß unterzogen werden. Es ist jedoch auch möglich, die Käfigelemente aus synthetischem Kunststoff durch Gießen herzustellen.

Wenn das Nadellager an einem Maschinenelement, z. B. einer Welle montiert wird, können die Käfigelemente 3a und 3b durch die feste Verbindung mitein­ ander wir ein einteiliger Nadelkäfig 3 betrachtet und gehandhabt werden. Es ist deshalb nicht notwendig, während der Montage des Außenringes 2 die Käfig­ elemente von Hand festzuhalten, vielmehr kann der Nadelkäfig einfach aufgeschoben und der Außenring darüber montiert werden. Dies bringt ganz offensichtlich einen erheblichen Vorteil gegenüber herkömmlich geteilten Nadel­ käfigen.

Auch muß die Montage des Innenringes oder der Welle nicht unmittelbar nach der Montage des Außenringes erfolgen, da der zusammengesetzte Nadelkäfig 3 bereits durch das Verkleben miteinander in dem Außenring gehalten wird. Aufgrund dieser Tatsache ermöglicht die Erfindung eine verhältnismäßig große Freiheit bei der Montage von derartigen Nadellagern.

Obwohl das Bindemittel hart oder zumindest hart genug ist, um die Nadel­ segmente 3a und 3b derart miteinander zu verbinden, daß eine einfache Montage des Nadellagers möglich ist, löst sich das Bindemittel aus dem Spalt e bzw. schmilzt während des Betriebs des Nadellagers mit ansteigenden Temperaturen heraus. Dadurch lösen sich die beiden Käfigsegmente voneinander innerhalb des Ringraumes zwischen dem Außenring und der Welle bzw. dem Innenring. Insbesondere wenn das Nadellager gemäß der Erfindung in einem erhitzten Ölbad oder in einer Hochtemperaturumgebung benutzt wird, bereitet das Schmelzen des Bindemittels 4 keinerlei Schwierigkeiten in der erhöhten Umgebungstemperatur.

Sobald sich die Käfigsegmente voneinander getrennt haben, entstehen die Spalte zwischen den Stirnseiten der beiden Käfigsegmente und die Käfigsegmente können sich unter dem Einfluß der Drehbewegung des Außenringes 2 relativ zur Welle 1 bzw. dem Innenring in Umfangsrichtung zueinander verschieben, so daß sich, wie in Fig. 3 dargestellt, ein Spalt S auf der einen Seiten zwischen den Stirnseiten der beiden Käfigsegmente 3a und 3b ergibt.

Dieser Spalt S hat die Größe von zweimal e gemäß Fig. 1, d. h. der Dicke des Bindemittels 4 innerhalb der beiden Spalte, wenn die Käfigsegmente über das Bindemittel miteinander verbunden sind. Außerdem addiert sich zu der Größe S eine Größe d, die durch den Abstand zwischen der Oberfläche des Innenringes oder der Welle 1 und der radial am weitesten versetzten Nadel 6, wie dies aus Fig. 3 erkennbar ist. Aufgrund dieser Tatsache können sich die Käfigsegmente 3a und 3b, welche die Nadeln 6 tragen, frei innerhalb des Ringraumes zwischen der inneren Oberfläche der Welle bzw. des Innenringes und der Oberfläche des Außenringes winklig um eine Größe entsprechend dem Abstand S verschieben. Damit ergibt sich, wenn keine Realtivbewegung zwischen der Welle bzw. dem Innenring und dem Außenring z. B. beim Leerlauf vorhanden ist, eine Situation, in der das Nadellager gemäß dem Pfeil in Fig. 3 belastet wird, so daß das untere Käfigsegment 3b lastfrei wird und sich dieses um die Längsachse des Nadellagers um eine Zeit verzögert verschiebt, die durch die Größe des Spaltes S bestimmt ist. In anderen Worten heißt das, daß das Käfigsegment 3b eine Winkelbewegung relativ zur Oberfläche des Innenringes bzw. der Welle oder des Außenringes ausführen kann und dadurch ein Abtrag oder Abrieb der Laufflächen stark verringert, wenn nicht gar vermieden wird.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand eines Nadellagers beschrieben wurde, das im Kraftfahrzeugbau verwendet wird, ist offensichtlich, daß die Maßnahmen gemäß der Erfindung bei Nadellagern beliebiger Art und beliebigen Anwendungs­ gebietes Verwendung finden können. Dabei können die über das Bindemittel zusammengehaltenen Käfigsegmente entweder auf die Welle oder einen Innen­ ring aufgeschoben werden, es ist jedoch auch möglich, die Käfigsegmente unmittelbar auf dem hierfür vorgesehenem Wellenteil mit Hilfe des Bindemittels zu montieren und damit vorübergehend in Position zu halten, um den Außenring aufsetzen zu können.

Claims (5)

1. Nadellager mit einem eine Vielzahl von Nadeln aufnehmenden Nadel­ käfig zwischen einer inneren und äußeren Lauffläche (Innenring, Außenring), wobei der Nadelkäfig aus mindestens zwei Käfigsegmenten aufgebaut ist, zwischen welchen im eingebauten Zustand ein Spalt (e) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Käfigsegmente (3a, 3b) des Nadelkäfigs (3) zur Montage mit einem zumindest einen Spalt (e) ausfüllenden Bindemittel (4) zusammengehalten sind, und
daß sich das Bindemittel (4) bei erhöhter Temperatur nach der Montage löst bzw. schmilzt und die Käfigsegmente (3a, 3b) für eine relative Bewegung zueinander freigibt.

2. Nadellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel (4) aus einem viskosen Material hergestellt ist, das als Hauptkomponente Venylacetat-Kunstharz und einen bei hoher Temperatur schmelzenden Binder enthält.

3. Nadellager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel (4) seiner Haftfähigkeit bei einer Temperatur von etwa 60°C und darüber unter Normaldruck verliert.

4. Nadellager nach Anspruch dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel bei einer Temperatur von etwa 60°C und darüber unter Normaldruck schmilzt.

5. Nadellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem zweiteiligen Nadelkäfig die beiden Käfigsegmente im Bereich der beiden Spalte mit einem Bindemittel (4) für die Montage zusammengehalten sind.