WO2011032800A1 - Kugelrollenlager - Google Patents

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WO2011032800A1 PCT/EP2010/062106 EP2010062106W WO2011032800A1 WO 2011032800 A1 WO2011032800 A1 WO 2011032800A1 EP 2010062106 W EP2010062106 W EP 2010062106W WO 2011032800 A1 WO2011032800 A1 WO 2011032800A1
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cage
ball
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Heinrich Hofmann
Andreas-Johann Bohr
Ernst Geiger
Otmar Weber
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Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg
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Definitions

  • Ball roller bearings are rolling bearings with special, designed as ball rollers rolling elements, starting from a ball base each have two flattened from this basic ball shape, arranged parallel to each other side surfaces, between each of which the running surfaces of the ball rollers are arranged.
  • Such ball roller bearings are generally known in a wide variety of designs as one-, two-, three-, or even four-row radial or angular ball roller bearings and require special cage designs due to the special rolling element shape in order to limit the maximum angular position of the ball rollers relative to the bearing longitudinal axis and on the other hand to prevent tumbling of the ball rollers transversely to its direction of rotation.
  • This bearing cage is expediently designed as a window cage with two diametrically identical lateral angle rims, a plurality of pocket webs interconnecting these angle rims, and a plurality of cage pockets separated by these pocket webs, each of which comprises a free contour arranged transversely to the circumferential direction for inserting a ball roller into the bearing cage and out of one have integrally formed therein cross-sectional contour of a ball roller formed cross-sectional shape along the circumferential direction.
  • the invention is therefore based on the object to design a ball roller bearing, the bearing cage is designed while maintaining a maximum possible degree of filling the ball roller bearing constructively so that its narrow-formed pocket webs in the final flanging the Side angle shelves do not tend to axial bulges as well as cause in storage operation no unwanted bearing noise.
  • FIG. 1 shows an overall view of a ball roller bearing designed according to the invention
  • FIG. 2 shows a spatial cross section through the ball roller bearing according to the invention in FIG. 1;
  • FIG 3 shows the section A - A through the bearing cage of the inventively designed ball roller bearing according to Figure 4;
  • a ball roller bearing 1 which essentially consists of an outer bearing ring 2 and an inner bearing ring 3 and a plurality between these bearing rings 2, 3 arranged ball rollers 4, with their treads 5 in two in the Inner side 6 of the outer bearing ring 2 and in the outer side 7 of the inner bearing ring 3 incorporated groove-shaped raceways 8, 9 roll and are held in the circumferential direction by a bearing cage 10 at regular intervals to each other.
  • the bearing cage 10 is, as shown in Figures 3 and 4, designed as a window cage, the two equal diameter lateral Winkelborde 1 1, 12, more see this angle shelves 1 1, 12 interconnecting pocket webs 13 and a plurality of these pocket webs 13 separate Käfigta- 14 has.
  • the individual cage pockets 14 of the bearing cage 10 have 4, from a transversely arranged to the circumferential direction free contour 15 for insertion of a ball roller 4 in the bearing cage 10 and from an integrated therein to the circumferential direction arranged and hatched cross-sectional contour 16 of a ball roller. 4 is formed, so that the side edges 17, 18 of the pocket webs 13 with the radii of the running surfaces 5 of two adjacent ball rollers 4 corresponding arcuate guide surfaces 19, 20 are formed for the ball rollers 4. Furthermore, it is clear from FIGS. 4 and 5 that the pocket webs 13 have additional material profilings both between their side edges 17, 18 and at their guide surfaces 19, 20, which are provided for axial stiffening of the bearing cage 10 and as bearing noise damping means.
  • the material profiles on the guide surfaces 18, 19 of the pocket webs 13, however, are formed as radially outwardly directed flanges 23, 24 additional, formed on the guide surfaces 19, 20 material lables, which contribute to the further axial stiffening of the pocket webs 13 of the bearing cage 10 and at the same time the other

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kugelrollenlager (1), welches aus einem äußeren Lagerring (2) und einem inneren Lagerring (3) sowie aus einer Vielzahl zwischen diesen Lagerringen (2, 3) angeordneter Kugelrollen (4) besteht, die in zwei in den äußeren Lagerring (2) und in den inneren Lagerring (3) eingearbeitete rillenförmigen Laufbahnen (8, 9) abrollen und durch einen Lagerkäfig (10) in gleichmäßigen Abständen zueinander gehalten werden. Der Lagerkäfig (10) ist dabei als Fensterkäfig mit zwei seitlichen Winkelborden (11, 12), mehreren diese Winkelborde (11, 12) miteinander verbindenden Taschenstegen (13) und mehreren durch diese Taschenstege (13) voneinander getrennten Käfigtaschen (14) ausgebildet, die jeweils eine aus einer quer zur Umfangsrichtung angeordneten Freikontur (15) und aus einer längs zur Umfangsrichtung angeordneten Querschnittskontur (16) einer Kugelrolle (4) gebildete Kreuzlochform aufweisen, durch welche die Seitenkanten (17, 18) der Taschenstege (13) mit den Radien der Laufflächen (5) zweier benachbarter Kugelrollen (4) entsprechenden bogenförmigen Führungsflächen (19, 20) für die Kugelrollen (4) ausgebildet sind. Erfindungsgemäß weisen die Taschenstege (13) sowohl zwischen deren Seitenkanten (17, 18) als auch an deren Führungsflächen (19, 20) zusätzliche Materialprofilierungen zur Axialversteifung des Lagerkäfigs (10) auf und die Materialprofilierungen an deren Führungsflächen (19, 20) sind zugleich als Dämpfungsmittel gegen Lagergeräusche ausgebildet.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Kugelrollenlager
Beschreibung
Gebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft ein einreihiges Kugelrollenlager nach den oberbegriffsbildenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 , welches beispielsweise besonders vorteilhaft als Festlager für die Antriebs- oder Abtriebswelle eines Kfz-Schalt- getriebes einsetzbar ist. Hintergrund der Erfindung
Kugelrollenlager sind Wälzlager mit speziellen, als Kugelrollen ausgebildeten Wälzkörpern, die ausgehend von einer Kugelgrundform jeweils zwei von dieser Kugelgrundform abgeflachte, parallel zueinander angeordnete Seitenflächen aufweisen, zwischen denen jeweils die Laufflächen der Kugelrollen angeordnet sind. Derartige Kugelrollenlager sind in den verschiedensten Ausführungen als ein-, zwei-, drei oder auch vierreihige Radial- oder Schräg-Kugelrollenlager allgemein bekannt und benötigen durch die spezielle Wälzkörperform auch spezielle Käfigausführungen, um einerseits eine maximale Schräglage der Ku- gelrollen relativ zur Lagerlängsachse zu begrenzen sowie andererseits ein Taumeln der Kugelrollen quer zu ihrer Umlaufrichtung zu vermeiden.
Ein gattungsbildendes einreihiges Kugelrollenlager ist beispielsweise aus der zum Anmeldezeitpunkt der vorliegenden Patentanmeldung noch nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen 10 2008 016 977.3 vorbekannt und besteht im Wesentlichen aus einem äußeren Lagerring und einem inneren Lagerring sowie aus einer Vielzahl zwischen diesen Lagerringen angeordneter Kugelrollen, die mit ihren Laufflächen in zwei in die Innenseite des äußeren Lagerrings und in die Außenseite des inneren Lagerrings eingearbeitete rillenförmigen Laufbahnen abrollen und in Umfangs- richtung durch einen Lagerkäfig in gleichmäßigen Abständen zueinander gehalten werden. Dieser Lagerkäfig ist zweckmäßigerweise als Fensterkäfig mit zwei durchmessergleichen seitlichen Winkelborden, mehreren diese Win- kelborde miteinander verbindenden Taschenstegen und mehreren durch diese Taschenstege voneinander getrennten Käfigtaschen ausgebildet, die jeweils eine aus einer quer zur Umfangsrichtung angeordneten Freikontur zum Einsetzen einer Kugelrolle in den Lagerkäfig und aus einer darin integrierten längs zur Umfangsrichtung angeordneten Querschnittskontur einer Kugelrolle gebil- dete Kreuzlochform aufweisen. Die quer zur Umfangsrichtung angeordnete Freikontur der Käfigtaschen entspricht dabei der Form einer direkt auf der Querachse einer Kugelrolle angeordneten Schnittebene, während die längs zur Umfangsrichtung angeordnete Querschnittskontur der Käfigtaschen die Form einer oberhalb der Querachse einer Kugelrolle angeordneten Schnittebene aufweist, so dass die Seitenkanten der Taschenstege mit den Radien der Laufflächen zweier benachbarter Kugelrollen entsprechenden bogenförmigen Führungsflächen für die Kugelrollen ausgebildet sind. Zur Herstellung eines solchen Lagerkäfigs wird in der Regel ein Blechband verwendet, das durch Profilieren der Winkelborde, Stanzen der Käfigtaschen, Ablängen auf Umfangsmaß, Einrollen zu einem Ring und Verschweißen der Ringenden endbearbeitet wird.
In der Praxis hat es sich jedoch gezeigt, dass die Herstellung des Lagerkäfigs in der beschriebenen Form mit speziellen technischen Problemen behaftet ist und auch die Funktion des Lagerkäfigs qualitativ nicht den gestellten Anforde- rungen voll entspricht. So wurde festgestellt, dass der hohe Füllgrad des Kugelrollenlagers und die damit verbundene hohe Anzahl an Käfigtaschen im Lagerkäfig zwangsläufig dazu führt, dass die die Käfigtaschen voneinander trennenden Taschenstege nur sehr schmal ausgebildet werden können und somit nur eine geringe axiale Biegesteifigkeit aufweisen. Dadurch kommt es bei dem die Lagermontage abschließenden Einbördeln der seitlichen Winkelborde zu axialen Ausbeulungen der Taschenstege, die zum Einklemmen der Kugelrollen in ihren Käfigtaschen und letztlich zu Fehlfunktionen des Kugelrollenlagers führen können. Ebenso kann die geringe Biegesteifigkeit der Taschenste- ge zu hohen Schwankungen des Käfigdurchhangs im Lagerbetrieb führen, durch die es im Zusammenhang mit den scharfen Kanten der ausgestanzten Käfigtaschen zudem zu unerwünschten hohen Lagergeräuschen kommt. Aufgabe der Erfindung
Ausgehend von den dargelegten Nachteilen des bekannten Standes der Technik liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe zu Grunde, ein Kugelrollenlager zu konzipieren, dessen Lagerkäfig bei Erhaltung eines maximal möglichen Füll- grades des Kugelrollenlagers konstruktiv so gestaltet ist, dass dessen schmal ausgebildete Taschenstege beim abschließenden Einbördeln der seitlichen Winkelborde nicht zu axialen Ausbeulungen neigen sowie im Lagerbetrieb keine unerwünschten Lagergeräusche verursachen. Beschreibung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Kugelrollenlager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart gelöst, dass die Taschenstege sowohl zwischen deren Seitenkanten als auch an deren Führungsflächen zusätzliche Ma- terialprofilierungen zur Axialversteifung des Lagerkäfigs aufweisen und die Materialprofilierungen an deren Führungsflächen zugleich als Dämpfungsmittel gegen Lagergeräusche ausgebildet sind.
Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass durch gezielte Materi- alprofilierungen an den Taschenstegen des Lagerkäfigs eine Taschengeometrie geschaffen werden kann, die einerseits eine erhebliche Axialversteifung des Lagerkäfigs bewirkt und damit die beim abschließenden Einbördeln der seitlichen Winkelborde entstehenden axialen Ausbeulungen der Taschenstege vermeidet und die gleichzeitig die scharfkantigen Führungsflächen an den Käfig- taschen verrundet und damit unerwünschte Lagergeräusche vermeidet.
Bevorzugte Ausgestaltungen bzw. Weiterbildungen des erfindungsgemäß ausgebildeten Kugelrollenlagers werden in den Unteransprüchen beschrieben. Danach ist es gemäß Anspruch 2 als erste Ausgestaltung des erfindungsgemäß ausgebildeten Kugelrollenlager vorgesehen, dass die Materialprofilierun- gen zwischen den Seitenkanten der Taschenstege bevorzugt als längsmittig in deren Oberflächen eingearbeitete Sicken ausgebildet sind. Dies hat sich besonders vorteilhaft erwiesen, da die Sicken somit nahezu kostenneutral in einem Arbeitsgang mit dem Ausstanzen der Käfigtaschen aus dem Blechband hergestellt werden können. Darüber hinaus ist es von Vorteil, wenn die Sicken sich nicht über die volle Länge der Taschenstege erstrecken, sondern beidsei- tig am Übergangsbereich der Taschenstege zu den seitlichen Winkelborden endend ausgebildet werden, da somit die in diesem Übergangsbereich wiederum erforderliche Elastizität für das die Lagermontage abschließende Einbör- deln der seitlichen Winkelborde erhalten werden kann. Möglich ist es jedoch auch, die Sicken in die Unterseite der Taschenstege einzuarbeiten und/ oder außerhalb der Längsmitte der Taschenstege anzuordnen.
Eine zweite vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäß ausgebildeten Kugelrollenlagers ist es nach Anspruch 3 darüber hinaus noch, dass die Mate- rialprofilierungen an den Führungsflächen der Taschenstege bevorzugt als radial nach außen gerichtete Bördelungen zusätzlich an die Führungsflächen angeformter Materiallappen ausgebildet sind. Diese Materiallappen werden dabei ebenso mit dem Ausstanzen der Käfigtaschen aus dem Blechband hergestellt und sind somit ebenfalls nahezu kostenneutral. Die mit diesen Materiallappen hergestellten Bördelungen an den Führungsflächen der Käfigtaschen tragen dabei zur weiteren axialen Versteifung der Taschenstege des Lagerkäfigs bei und haben zugleich den weiteren Vorteil, dass diese durch die erzeugte Steifigkeit sowie durch die entstehende verrundete Profilierung der Führungsflächen als Dämpfungsmittel gegen die beim Vor- und Nachlauf der Kugelrollen im Lagerbetrieb entstehenden Lagergeräusche wirken. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Kugelrollenlagers wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 eine räumliche Gesamtansicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten Kugelrollenlagers;
Figur 2 einen räumlichen Querschnitt durch das erfindungsgemäß ausgebildete Kugelrollenlager in Figur 1 ;
Figur 3 den Schnitt A - A durch den Lagerkäfig des erfindungsgemäß ausgebildete Kugelrollenlagers gemäß Figur 4;
Figur 4 den Schnitt B - B durch den Lagerkäfig des erfindungsgemäß ausgebildete Kugelrollenlagers gemäß Figur 3.
Figur 5 eine Vergrößerung der Einzelheit X des Lagerkäfigs des erfindungsgemäß ausgebildete Kugelrollenlagers gemäß Figur 3.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Aus den Figuren 1 und 2 geht deutlich ein Kugelrollenlager 1 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 4 besteht, die mit ihren Laufflächen 5 in zwei in die Innenseite 6 des äußeren Lagerrings 2 und in die Außenseite 7 des inneren Lagerrings 3 eingearbeitete rillenförmigen Laufbahnen 8, 9 abrollen und in Umfangsrichtung durch einen Lagerkäfig 10 in gleichmäßigen Abständen zueinander gehalten werden. Der Lagerkäfig 10 ist dabei, wie die Figuren 3 und 4 zeigen, als Fensterkäfig ausgebildet, der zwei durchmessergleiche seitliche Winkelborde 1 1 , 12, mehrere diese Winkelborde 1 1 , 12 miteinander verbindende Taschenstege 13 und mehrere durch diese Taschenstege 13 voneinander getrennte Käfigta- sehen 14 aufweist. Die einzelnen Käfigtaschen 14 des Lagerkäfigs 10 weisen dabei deutlich sichtbar jeweils eine Kreuzlochform auf, die ,wie in Figur 4 dargestellt, aus einer quer zur Umfangsrichtung angeordneten Freikontur 15 zum Einsetzen einer Kugelrolle 4 in den Lagerkäfig 10 sowie aus einer darin integrierten längs zur Umfangsrichtung angeordneten und schraffiert dargestellten Querschnittskontur 16 einer Kugelrolle 4 gebildet wird, so dass die Seitenkanten 17, 18 der Taschenstege 13 mit den Radien der Laufflächen 5 zweier benachbarter Kugelrollen 4 entsprechenden bogenförmigen Führungsflächen 19, 20 für die Kugelrollen 4 ausgebildet sind. Desweiteren wird durch die Figuren 4 und 5 deutlich, dass die Taschenstege 13 sowohl zwischen deren Seitenkanten 17, 18 als auch an deren Führungsflächen 19, 20 zusätzliche Materialprofilierungen aufweisen, die zur Axialversteifung des Lagerkäfigs 10 und als Dämpfungsmittel gegen Lagergeräusche vorgesehen sind. Die Materialprofilierungen zwischen den Seitenkanten 17, 18 der Taschenstege 13 sind dabei deutlich sichtbar als längsmittig in deren Oberflächen 21 eingearbeitete Sicken 22 ausgebildet sind, die, wie Figur 4 zeigt, sich nicht über die volle Länge der Taschenstege 13 erstrecken, sondern beidseitig am Übergangsbereich der Taschenstege 13 zu den seitlichen Winkelborden 1 1 , 12 enden, um somit die in diesem Übergangsbereich erforderliche Elastizität für das die Lagermontage abschließende Einbördeln der seitlichen Winkelborde 1 1 , 12 zu erhalten. Die Materialprofilierungen an den Führungsflächen 18, 19 der Taschenstege 13 sind dagegen als radial nach außen gerichtete Bördelungen 23, 24 zusätzlicher, an die Führungsflächen 19, 20 angeformter Materiallappen ausgebildet, die zur weiteren axialen Versteifung der Taschenstege 13 des Lagerkäfigs 10 beitragen und zugleich den weiteren Vorteil haben, dass diese durch die erzeugte Steifigkeit sowie durch die entstehende verrundete Profilierung der Führungsflächen 18, 19 als Dämpfungsmittel gegen die beim Vor- und Nachlauf der in Figur 5 strichpunktiert angedeuteten Kugelrollen 4 im Lagerbetrieb entstehenden Lagergeräusche wirken. Bezugszahlenliste
Kugelrollenlager
äußerer Lagerring
innerer Lagerring
Kugelrollen
Laufflächen
Innenseite von 2
Außenseite von 3
Laufbahn in 6
Laufbahn in 7
Lagerkäfig
Winkelbord
Winkelbord
Taschenstege
Käfigtaschen
Freikontur in 14
Querschnittskontur von 4 in 14
Seitenkante von 13
Seitenkante von 13
Führungsfläche an 17
Führungsfläche an 18
Oberfläche von 13
Sicken in 21
Bördelung an 19
Bördelung an 20

Claims

Patentansprüche
Kugelrollenlager (1 ), im Wesentlichen bestehend aus einem äußeren Lagerring (2) und einem inneren Lagerring (3) sowie aus einer Vielzahl zwischen diesen Lagerringen (2, 3) angeordneter Kugelrollen (4), die mit ihren Laufflächen (5) in zwei in die Innenseite (6) des äußeren Lagerrings (2) und in die Außenseite (7) des inneren Lagerrings (3) eingearbeitete rillen- förmigen Laufbahnen (8, 9) abrollen und in Umfangsrichtung durch einen Lagerkäfig (10) in gleichmäßigen Abständen zueinander gehalten werden, wobei der La-gerkäfig (10) als Fensterkäfig mit zwei durchmessergleichen seitlichen Winkelborden (1 1 , 12), mehreren diese Winkelborde (1 1 , 12) miteinander verbindenden Taschenstegen (13) und mehreren durch diese Taschenstege (13) voneinander getrennten Käfigtaschen (14) ausgebildet ist, die jeweils eine aus einer quer zur Umfangsrichtung angeordneten Freikontur (15) zum Einsetzen einer Kugelrolle (4) in den Lagerkäfig (10) und aus einer darin integrierten längs zur Umfangsrichtung angeordneten Querschnittskontur (16) einer Kugelrolle (4) gebildete Kreuzlochform aufweisen, durch welche die Seitenkanten (17, 18) der Taschenstege (13) mit den Radien der Laufflächen (5) zweier benachbarter Kugelrollen (4) entsprechenden bogenförmigen Führungsflächen (19, 20) für die Kugelrollen (4) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Taschenstege (13) sowohl zwischen deren Seitenkanten (17, 18) als auch an deren Führungsflächen (19, 20) zusätzliche Materialprofilierungen zur Axialversteifung des Lagerkäfigs (10) aufweisen und die Materialprofilierungen an deren Führungsflächen (19, 20) zugleich als Dämpfungsmittel gegen Lagergeräusche ausgebildet sind.
Kugelrollenlager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Materialprofilierungen zwischen den Seitenkanten (17, 18) der Taschenstege (13) bevorzugt als längsmittig in deren Oberflächen (21 ) eingearbeitete Sicken (22) ausgebildet sind.
3. Kugelrollenlager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Materialprofilierungen an den Führungsflächen (18, 19) der Taschenstege (13) bevorzugt als radial nach außen gerichtete Bördelungen (23, 24) zusätzlich an die Führungsflächen (19, 20) angeformter Materiallappen ausge- bildet sind.
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