DE4241014A1

DE4241014A1 - Axiallager

Info

Publication number: DE4241014A1
Application number: DE4241014A
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl Ing Hus
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Priority date: 1992-12-05
Filing date: 1992-12-05
Publication date: 1994-06-09

Description

Die Erfindung betrifft ein Axiallager, bestehend aus zumindest zwei Axiallagerscheiben, zwischen denen auf zugehörigen Laufbahnen in einem Käfig geführte Wälzkörper abrollen.

Bei innen- oder außengeführten Axiallagern besteht die Gefahr, daß durch Reibung zwischen dem Käfig und einer diesem radial benachbarten Käfiganlauffläche Verschleiß auftritt. So sind beispielsweise in der DE-OS 33 30 586 zwei Axialwälzlager eines Kegelbrechers dargestellt, die mit der inneren Umfangsfläche des Käfigs an einem Wellenteil geführt sind. Werden nun derartig geführte Lager mit einer hohen Dreh zahl betrieben, so ergeben sich für den Axialkäfig zu hohe Umfangsge schwindigkeiten. Dementsprechend erhöht sich die Reibungsleistung und es kann zu einem vorzeitigen Lagerausfall kommen.

Ein weiterer Nachteil liegt darin, daß sich zwischen der Stirnseite der Wälzkörper und deren Anlauffläche am Käfig nur ein punktförmiger Kontakt ergibt. Dabei wird die Anlauffläche durch eine nach dem Auf bohren der Taschen um den Käfig gelegte kreisförmige Bandage gebildet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen innen- oder außen geführten Käfig eines Axialrollenlagers die Reibung zu verringern.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß an der äußeren oder inneren Umfangsfläche eines Käfigs Gleitkissen angeordnet sind, die mit einer der äußeren oder inneren Umfangsfläche gegenüberliegen den Gleitfläche jeweils einen keilförmigen Spalt bilden, der mit Schmiermittel gefüllt ist.

Durch diese radiale hydrodynamische Lagerung des Käfigs wird eine entscheidende Verringerung der Reibleistung zwischen Käfig und dessen radialer Anlauffläche mit ihren positiven Folgewirkungen erzielt. Der erstrebte Zustand der Flüssigkeitsreibung, d. h. die Trennung der Gleitflächen durch einen hydrodynamisch tragenden Schmierfilm setzt in bekannter Weise eine Relativbewegung der Gleitflächen, eine keilförmi ge Neigung der Gleitflächen zueinander und einen Schmierstoff, der beide Gleitflächen benetzt und den Gleitraum ausfüllt, voraus. Die dadurch bewirkte Steigerung der Strömungsgeschwindigkeit, bedingt durch die keilförmige Neigung der Gleitflächen zueinander, bewirkt im Gleitraum eine Erhöhung des hydrodynamischen Druckes. Diese hydrodyna mische Drucksteigerung ist nun in der Lage, eine Kraft aufzunehmen.

Diese Kraft ist dabei unter anderem direkt von der Viskosität des Schmiermittels, von der Relativgeschwindigkeit der gleitenden Teile zueinander und von der flächenhaften Ausdehnung des Schmierfilmes abhängig. Im Gegensatz dazu ist diese Kraft indirekt von der Dicke des Schmierfilmes an seiner schmalsten Stelle abhängig, d. h. je geringer der Schmierfilm in seiner Dicke, desto größer ist die aufnehmende Kraft.

Diese Abhängigkeit kann in vorteilhafter Weise bei einem exzentrischen Lauf des Käfigs ausgenützt werden. Durch die Exzentrizität des Käfigs wird an einer Stelle der keilförmige Schmierspalt verringert, so daß dort eine dem Käfig entgegengerichtete Kraft entsteht, die diesen in seine zentrische Lage zurückführt, d. h. bedingt durch die unter schiedliche Spaltbreite ergibt sich für den Käfig eine selbstzentrie rende Kraft. Je größer die Exzentrizität wird, desto größer wird auch die selbstzentrierende Kraft.

Zweckmäßigerweise wird man die Gleitkissen an der äußeren Umfangs fläche des Käfigs anordnen, da in diesem Fall die die Wälzkörper aufnehmenden Taschen in vorteilhafter Weise radial von außen nach innen gebohrt werden können.

Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 9 und werden im folgenden näher beschrieben.

Aus Anspruch 2 geht hervor, daß der äußere oder innere Umfang des Käfigs als ein im Kreis einbeschriebenes Vieleck ausgebildet ist und daß die Oberflächen der Gleitkissen in Richtung der gegenüberliegenden Gleitfläche keilförmig ausgebildet sind und in Richtung der Wälzkörper eine plane Kontur aufweisen.

Die Anzahl der Enden bzw. Kanten entspricht dabei der Anzahl der Wälzkörper. Die Flächen des Vieleckes sind dabei senkrecht zur Achse der Wälzkörper angeordnet. Durch diese Ausgestaltung des Käfigs und der Gleitkissen wird ein flächenhafter Anlauf der Stirnseiten der Wälzkörper erreicht.

Die keilförmige Ausbildung der Oberflächen der Gleitkissen kann dabei nach Anspruch 3 in Form eines Pultdaches, d. h. die Oberfläche fällt nur in eine Richtung ab oder in Form eins Satteldaches erfolgen, d. h. die Oberfläche fällt in beide Richtungen ab. Die Ausbildung in Form eines Satteldaches hat den Vorteil, daß dadurch eine hydrodynamische Lagerung des Käfigs auch bei wechselnder Drehrichtung ermöglicht wird.

Aus Anspruch 4 geht hervor, daß die den Gleitkissen gegenüberliegenden Gleitflächen rotationssymmetrisch ausgebildet sind.

Die keilförmigen und planen Oberflächen der Gleitkissen lassen sich fertigungstechnisch in besonders vorteilhafter Weise herstellen und erfordern eine rotationssymmetrische Ausbildung der gegenüberliegenden Gleitfläche. Natürlich ist es in Umkehrung auch denkbar, die Ober fläche der Gleitkissen in Richtung gegenüberliegender Gleitfläche kreisbogenförmig und die zugehörige Gleitfläche keilförmig zu gestal ten.

Nach Anspruch 5 ist vorgesehen, daß die Gleitkissen mit dem Käfig kraft- oder formschlüssig verbunden sind. Beide alternative Verbin dungsarten stehen gleichberechtigt nebeneinander. So ist es beispiels weise nach Anspruch 6 möglich, daß die Gleitkissen mit dem Käfig durch Schrauben verbunden sind, während nach Anspruch 7 Käfig und Gleitkis sen durch formenschlußbildende Elemente, wie T-Nuten oder Schwalben schwänze verbunden sind.

Nach einem zusätzlichen Merkmal der Erfindung nach Anspruch 8 sollen die Gleitkissen aus Aluminiumlegierungen, Kupferlegierungen oder Kunststoffen bestehen. Derartige Werkstoffe eignen sich aufgrund ihrer guten Gleiteigenschaften insbesondere immer dann, wenn der Flüssig keitsdruck wegen zu großer Belastung bzw. zu kleiner Gleitgeschwindig keit nicht in der Lage ist, die Gleitflächen vollständig zu trennen, so daß teilweise Festkörperreibung und teilweise Flüssigkeitsreibung eintritt.

Schließlich geht aus Anspruch 9 hervor, daß die Ober- und Unterseiten der Gleitkissen in axialer Richtung keilförmig ausgebildet sein kön nen. In Verbindung mit zwei planen Axiallagerscheiben kann auf diese Weise wiederum ein ölgefüllter, keilförmiger Spalt realisiert werden, der den Käfig durch zusätzliche axiale Stützkräfte entlastet.

In Weiterbildung der Erfindung nach dem unabhängigen Anspruch 10 ist es auch möglich, daß eine äußere oder innere Umfangsfläche des Käfigs mit einer ihr gegenüberliegenden Gleitfläche jeweils einen mit einem Schmiermittel gefüllten keilförmigen Spalt bildet, wobei der Spalt durch Verlagerung des Mittelpunktes des Käfigs gegenüber dem Mittel punkt der Gleitfläche gebildet ist.

Der auf diese Weise realisierte keilförmige Spalt erlaubt ebenfalls eine radiale hydrodynamische Lagerung des Käfigs mit seinen bereits beschriebenen Vorteilen. Hinzu kommt, daß bei dieser Lagervariante der Käfig nicht mit Gleitkissen zu versehen werden braucht.

Die Erfindung wird an nachstehenden Ausführungsbeispielen näher erläu tert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialkäfig in Draufsicht mit daran befestigten Gleitkissen;

Fig. 2 eine vergrößerte Einzelheit aus Fig. 1, geschnitten dargestellt;

Fig. 3 einen Axialkäfig in Draufsicht mit exzentrischer An ordnung innerhalb der Gleitfläche.

In Fig. 1 ist ein außengeführter Axialkäfig 1 darstellt, der mit Taschen 2 für die Aufnahme von Wälzkörpern 3 ausgestattet ist. Diese Taschen 2 sind in radialer Richtung von außen durch eine Bohrung gefertigt worden. In ihrer offenen Richtung sind diese Taschen 2 durch mit dem Axialkäfig 1 an seiner äußeren Umfangsfläche 5 verbundene Gleitkissen 4 verschlossen. Bei einem innengeführten Axialkäfig 1 werden die Gleitkissen 4 an der inneren Umfangsfläche 6 befestigt.

Wie aus der genannten Figur weiter erkennbar, ist im vorliegenden Beispiel der äußere Umfang des Axialkäfigs 1 als ein Vieleck mit 31 Ecken bzw. Kanten und genauso vielen Wälzkörpern 3 ausgebildet. Der Einfachheit halber ist in der genannten Figur die den Gleitkissen 4 in radialer Richtung gegenüberliegende Gleitfläche 8 nicht dargestellt.

Aus der vergrößerten Einzelheit in Fig. 2 ist erkennbar, daß der Schmierungsspalt 7 durch die keilförmige Ausbildung der Oberfläche des Gleitkissens 4 und der gegenüberliegenden Gleitfläche 8 mit rotations symmetrischer Kontur gebildet wird. Diese Gleitfläche 8 kann bei spielsweise durch ein Gehäuse oder ein Wellenteil gebildet sein.

Die Gleitkissen 4 sind an dem Axialkäfig 1 kraftschlüssig durch Befe stigungsschrauben 9 verankert.

Es ist ferner erkennbar, daß durch die Ausbildung der äußeren Umfangs fläche 5 des Axialkäfigs 1 als Vieleck und der den Wälzkörpern 3 zugewandten Seite der Gleitkissen 4 als plane Kontur ein flächenmäßi ger Anlauf der Stirnseiten der Wälzkörper 3 an den Gleitkissen 4 gegeben ist.

Unter der Voraussetzung, daß die in den Spalt 7 mitgenommene Schmier flüssigkeit inkompressibel ist und seitlich nicht ausweichen kann, muß deren Strömungsgeschwindigkeit an der schmalsten Stelle des Spaltes 7 in der Mitte der Gleitkissen 4 größer sein, als an den breiteren Stel len des Spaltes 7 in Höhe der Befestigungsschrauben 9. Diese höhere Strömungsgeschwindigkeit erzeugt nun, wie bereits beschrieben, eine Erhöhung des hydrodynamischen Druckes im Spalt 7, die wiederum Voraus setzung für das Entstehen einer Kraft ist.

Da die Oberflächen der Gleitkissen 4 keilförmig in Form eines Sattel daches ausgebildet sind, d. h. nach beiden Richtungen abfallen, ist eine hydrodynamische Lagerung des Axialkäfigs 1 bei beiden Drehrich tungen möglich. Sowohl bei einer Drehbewegung des Axiallagers im Uhrzeigersinn als auch im entgegengesetzten Uhrzeigersinn wird durch die doppelkeilförmige Ausbildung des Spaltes 7 eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Schmiermittels erreicht.

Nach Fig. 3 ist ein außengeführter Axialkäfig 10 dargestellt, der über den gesamten Umfang verteilt in radialer Richtung mit Taschen 11 für die Aufnahme von Wälzkörpern 12 versehen ist. Aus Vereinfachungs gründen wurden jedoch nur zwei Taschen mit Wälzkörpern dargestellt.

Dieser Axialkäfig 10 ist mit seinen Wälzkörpern 12 und nicht darge stellten zugehörigen Axiallagerscheiben in einer kreisförmigen Auf nahmebohrung 13 angeordnet, deren Wandung eine Gleitfläche 14 für eine äußere Umfangsfläche 15 des Käfigs 10 bildet. Das Lager bzw. der Käfig 10 ist mit seinem Mittelpunkt 16 in der Aufnahmebohrung 13 gegenüber deren Mittelpunkt 17 versetzt angeordnet, so daß bedingt durch die Versetzung 18 zwischen der äußeren Umfangsfläche 15 des Käfigs 10 und der gegenüberliegenden Gleitfläche 14 ein Spalt 19 gebildet wird. Dieser Spalt 19, der ausgehend von seiner geringsten Dicke zunächst bis zu seiner maximalen Dicke in radialer Richtung zunimmt und an schließend wieder auf seinen ursprünglichen Ausgangswert abfällt, ist mit Öl gefüllt und wird zur radialen hydrodynamischen Lagerung des Käfigs 10 benutzt.

Um die keilförmige Ausbildung des Spaltes 19 besonders hervorzuheben, wurde in Fig. 3 der Radius 20 der Aufnahmebohrung 13 wesentlich größer als der Radius 21 des Käfigs 10 dargestellt. In der Realität ist der Unterschied beider Radien jedoch nur geringfügig.

Bezugszeichen

1 Axialkäfig
2 Tasche
3 Wälzkörper
4 Gleitkissen
5 äußere Umfangsfläche
6 innere Umfangsfläche
7 Spalt
8 Gleitfläche
9 Befestigungsschraube
10 Axialkäfig
11 Tasche
12 Wälzkörper
13 Aufnahmebohrung
14 Gleitfläche
15 äußere Umfangsfläche
16 Mittelpunkt
17 Mittelpunkt
18 Versetzung
19 Spalt
20 Radius
21 Radius
22 innere Umfangsfläche

Claims

1. Axiallager, bestehend aus zumindest zwei Axiallagerscheiben, zwi schen denen auf zugehörigen Laufbahnen in einem Käfig (1) geführte Wälzkörper (3) abrollen, dadurch gekennzeichnet, daß an einer äußeren (5) oder inneren Umfangsfläche (6) des Käfigs (1) Gleitkissen (4) angeordnet sind, die mit einer der äußeren (5) oder inneren Umfangs fläche (6) gegenüberliegenden Gleitfläche (8) jeweils einen keilförmi gen Spalt (7) bilden, der mit Schmiermittel gefüllt ist.

2. Axiallager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere oder innere Umfang des Käfigs (1) als ein im Kreis einbeschriebenes Vieleck ausgebildet ist und daß die Oberflächen der Gleitkissen (4) in Richtung der gegenüberliegenden Gleitfläche (8) keilförmig ausgebildet sind und in Richtung der Wälzkörper (3) eine plane Kontur aufweisen.

3. Axiallager nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der Gleitkissen (4) keilförmig in Form eines Pult- oder eines Satteldaches ausgebildet sind.

4. Axiallager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Gleitkissen (4) gegenüberliegende Gleitfläche (8) rotationssymmetrisch ausgebildet ist.

5. Axiallager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleit kissen (4) mit dem Käfig (1) kraft- oder formschlüssig verbunden sind.

6. Axiallager nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitkissen (4) mit dem Käfig (1) durch Schrauben (9) verbunden sind.

7. Axiallager nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitkissen (4) mit dem Käfig (1) durch formenschlußbildende Elemente, wie T-Nuten oder Schwalbenschwänze verbunden sind.

8. Axiallager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleit kissen (4) aus Aluminiumlegierungen, Kupferlegierungen oder Kunst stoffen bestehen.

9. Axiallager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ober- und Unterseiten der Gleitkissen (4) in axialer Richtung keilförmig ausgebildet sind.

10. Axiallager, bestehend aus zumindest zwei Axiallagerscheiben, zwischen denen auf zugehörigen Laufbahnen in einem Käfig (10) geführte Wälzkörper (12) abrollen, dadurch gekennzeichnet, daß eine äußere (15) oder innere Umfangsfläche (22) des Käfigs (10) mit einer ihr gegen überliegenden Gleitfläche (14) jeweils einen mit einem Schmiermittel gefüllten keilförmigen Spalt (19) bildet, wobei der Spalt (19) durch Verlagerung des Mittelpunktes (16) des Käfigs (10) gegenüber dem Mittelpunkt (17) der Gleitfläche (14) gebildet ist.