DE102004038709A1 - Mehrreihiges Schrägkugellager - Google Patents
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Abstract
Description
- Anwendungsgebiet der Erfindung
- Die Erfindung betrifft ein doppelseitig belastbares mehrreihiges Schrägkugellager, das zur Abstützung der Hauptlast ein Hauptlager mit wenigstens zwei Kugelkränzen aufweist, denen zur Einstellung einer axialen Vorspannung ein Vorspannungslager mit wenigstens einem Kugelkranz mit entgegengesetztem Druckwinkel zugeordnet ist.
- Hintergrund der Erfindung
- Ein derartig gattungsgemäß ausgebildetes Lager ist aus der WO 03/089798 A1 vorbekannt. In
18 dieses Dokumentes ist die Lagerung einer Kegelritzelwelle für ein Verteilergetriebe eines Kraftfahrzeuges dargestellt. Das Lager ist dreireihig mit einem einstückigen Lageraußenring und einem zweiteiligen Lagerinnenring ausgebildet, wobei die Lagerinnenringe eine bzw. zwei Schultern aufweisen. Dadurch ist es möglich das Lager einfach zu montieren, indem die Lagerinnenringe beidseitig in axialer Richtung von außen nach innen auf die Kugelkränze aufgeschoben werden. Der einstückige Lageraußenring weist Laufbahnrillen auf, in denen die Kugelkränze angeordnet sind. Das die Hauptkräfte der Kegelritzelwelle aufnehmende Hauptlager ist zweireihig ausgebildet, während das zugehörige Vorspannungslager einreihig ist. Die Einstellung der Vorspannung erfolgt derart, dass der Innenring des Vorspannungslagers in axialer Richtung durch ein Stellelement auf das Hauptlager zubewegt wird. Die beiden Teillager sind mit einem entgegengesetzten Druckwinkel zueinander angeordnet, d. h., die Kugeldrucklinien beider Lager verlaufen jeweils schräg von innen nach außen. - Nachteilig dabei ist zum einen, dass während des Transportes die Lageranordnung in ihre Einzelbestandteile zerfallen kann. Da aber in der Regel die einzelnen Lagerbestandteile einander zugemessen sind, kann dies zu Problemen führen, wenn in einer Verpackungseinheit eine Vielzahl von Kugellagern untergebracht ist. Zum anderen ist nachteilig, dass diese Schrägkugellager massiv gefertigt sind und aufgrund ihrer Ausdehnung einen größeren radialen Bauraum benötigen. Dem Fachmann ist in diesem Zusammenhang auch bekannt, dass die spanende Fertigung von Lagerringen relativ aufwändig und damit teuer ist.
- Zusammenfassung der Erfindung
- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Wälzlager so weiterzuentwickeln, dass dessen Zusammenhalt verbessert ist und dass es sich einfacher fertigen lässt.
- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen Oberbegriff dadurch gelöst, dass ein Lagerinnenring aus zwei durch einen Spalt voneinander beabstandete Teilringe gebildet ist, der Teilring und ein Lageraußenring des Hauptlagers je eine die Kugelkränze trennende, in radialer Richtung sich gegenüberliegende erste Schulter und je eine an einem äußeren und einem inneren Ende sich diametral gegenüberliegende zweite Schulter aufweisen, wobei wenigstens einer der Lagerringe aus einem Wälzlagerstahl durch einen spanlosen Formgebungsprozess hergestellt ist.
- Durch diese Anordnung der Schultern an den Lagerringen des Hauptlagers ist sichergestellt, dass dieses in axialer Richtung nicht zerfallen kann. Ein weiterer Vorteil liegt in der spanlosen Herstellung der Lagerringe, da diese in ihrer Fertigungsweise wesentlich vereinfacht hergestellt werden können. Unter Berücksichtigung des zur Verfügung stehenden Bauraumes können spanlos die verschiedensten Varianten von Lagerringen hergestellt werden, die auch in einfacher Weise der jeweiligen Anschlusskonstruktion anpassbar sind. Auch wird durch deren geringe radiale Ausdehnung Bauraum eingespart. Es ist auch von Vorteil, dass durch die geringere Masse der spanlos gefertigten Lagerringe Gewicht einsparbar ist.
- Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
- So geht aus Anspruch 2 hervor, dass die Kugellaufbahnen des Hauptlagers einen gleichen oder einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisen. Nach einem weiteren Merkmal gemäß der Erfindung Anspruch 3 sollen die Kugellaufbahnen des Vorspannungslagers einen gleichen oder einen größeren Durchmesser als die Kugellaufbahnen des Hauptlagers aufweisen. Nach Anspruch 4 ist vorgesehen, dass die Lagerkugeln des Vorspannlagers einen gleichen oder einen kleineren Durchmesser als die Lagerkugeln des Hauptlagers besitzen. Nach einem weiteren zusätzlichen Merkmal gemäß Anspruch 5 soll der Lageraußenring einstückig ausgebildet sein. Eine weitere Variante der Erfindung ist in Anspruch 6 beschrieben. Danach soll der Lageraußenring zweistückig ausgebildet sein und von einer seine Mantelfläche umfassenden Hülse umgriffen sein. Nach Anspruch 7 ist vorgesehen, dass der Außenring durch eine radiale Doppelung verstärkt ist, die in axialer Richtung verlängert ist und eine Außenlaufbahn für das Vorspannungslager bildet. Nach einem anderen Merkmal gemäß Anspruch 8 ist vorgesehen, dass das Kugellager als eine unverlierbare Baueinheit ausgebildet ist, wobei wenigstens einer der Kugelkränze des Lagerinnenrings und/oder des Lageraußenringes des Vorspannungslagers durch eine in Umfangsrichtung verlaufende Schnappstufe verliersicher gehalten ist. Aus Anspruch 9 geht hervor, dass das Kugellager als eine unverlierbare Baueinheit ausgebildet ist, wobei wenigstens einer der Kugelkränze des Lagerinnenrings und/oder des Lageraußenringes des Hauptlagers durch eine in Umfangsrichtung verlaufende Schnappstufe verliersicher gehalten ist. Nach Anspruch 10 ist vorgesehen, dass die Lagerringe einem Wärmebehandlungsverfahren zur Steigerung der Härte unterworfen sind. Je nach dem verwendeten Material kann das beispielsweise ein Durchhärten oder auch ein Einsatzhärten der Lagerringe sein. Als vorteilhafte Verfahren bieten sich hier insbesondere das verzugsarme Laserhärten oder Induktionshärten an. Auch geht aus den Ansprüchen 11 und 12 die Verwendung des erfindungsgemäßen Kugellagers hervor. Danach soll dieses Kugellager zur Lagerung einer Welle in einem Zahnräderwechselgetriebe für ein Kraftfahrzeug oder zur Lagerung einer Kegelritzelwelle in einem Achsverteilergetriebe eingesetzt sein.
- Schließlich ist nach Anspruch 13 vorgesehen, dass die Kugellaufbahnen des Hauptlagers und/oder des Vorspannungslagers mit einer Hartstoffbeschichtung versehen sind. Derartige Beschichtungen bewirken einerseits eine hohe Oberflächenhärte und sorgen so für eine Erhöhung der Verschleißfestigkeit. Andererseits bewirkt die Hartstoffschicht auch eine Verminderung der Reibung, wobei die Reibungsverhältnisse über die gesamte Lebensdauer der Lage nahezu konstant sind. Als Hartstoffschichten eignen sich beispielsweise modifizierte Kohlenstoffschichten (Diamond like Carbon) oder Nitride von Titan und Niob, die sich durch eine hohe Härte, hohe Verschleißbeständigkeit und reibungsmindernde Eigenschaften auszeichnen, wobei insbesondere die Notlaufeigenschaften des Lagers bei Mangelschmierung verbessert werden.
- Die Erfindung wird an nachstehenden Ausführungsbeispielen näher erläutert.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
- Die
1 bis10 zeigen unterschiedliche Ausführungsvarianten der Erfindung im Längsschnitt. - Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
- Das in
1 dargestellte und mit dem Bezugszeichen1 versehene dreireihige Schrägkugellager setzt sich aus dem Hauptlager2 und dem Vorspannungslager3 zusammen. Hauptlager deshalb, weil es die in Pfeilrichtung dargestellten axialen Kräfte aufzunehmen hat, die größer sind, als in umgekehrter axialer Richtung. Vorspannungslager deshalb, weil mit dessen Hilfe die Vorspannung des Gesamtschrägkugellagers1 eingestellt wird. Der Lageraußenring4 ist einteilig ausgebildet und ist im Bereich des Hauptlagers2 mit der radial einwärts gerichteten ersten Schulter4.1 versehen, die die Kugelreihen9 ,10 voneinander trennt. Links davon folgt die zweite Schulter4.2 , die die Kugelreihen10 ,11 voneinander trennt. Der Lagerinnenring5 ist zweiteilig ausgebildet und besteht aus dem Teilring5.3 , der dem Hauptlager2 zugeordnet ist und dem Teilring5.4 , der zum Vorspannungslager3 gehört. Beide Teilringe5.3 ,5.4 sind in axialer Richtung durch den Spalt s voneinander beabstandet. Durch die gezielte Vorwahl des Spaltes s ist sichergestellt, dass nach dem Einbau und axialem Verspannen der Teilringe5.3 ,5.4 eine im engen Toleranzbereich liegende Lagervorspannung eingestellt werden kann, wobei der Spalt s bis zu einem Wert Null abfallen kann. Der Teilring5.3 weist in seiner Mitte die radial nach außen gerichtete erste Schulter5.1 auf, die der Schulter4.1 gegenübersteht. Am rechtsseitigen Ende weist der Teilring5.3 die zweite Schulter5.2 auf, die die Kugelreihen9 ,10 voneinander trennt und der zweiten Schulter4.2 des Lageraußenringes diametral gegenüberliegt. Zwischen den Lagerringen4 ,5 wälzen in Käfigen6 ,7 ,8 geführte Lagerkugeln9 ,10 ,11 ab, die sich an den Schultern4.1 ,5.2 ,4.2 ,5.1 ,4.2 und5.4.2 abstützen. Hauptlager2 und Vorspannlager3 weisen eine demnach einen entgegengesetzten Druckwinkel auf, d. h., sie sind zueinander in O-Stellung angestellt, wie die zugehörigen Kugeldrucklinien zeigen. Das Schrägkugellager1 ist im Gehäuse12 zur Lagerung der Welle13 angeordnet. Die Lagervorspannung wird nun derart eingestellt, dass der Teilring5.4 des Innenringes5 in axialer Richtung nach rechts verschoben wird. Die Figur zeigt weiter, dass sich ein solches Lager in einfacher Weise montieren lässt. Dies erfolgt derart, dass der Teilring5.3 , der gleichzeitig die Kugelreihe9 trägt, von rechts nach links eingeschoben wird, bis seine Schulter5.1 am Kugelkranz10 zur Anlage kommt, der wiederum vom Lageraußenring4 getragen ist. Das Vorspannlager3 wird durch Aufschieben des Teilringes5.4 in Richtung des Teilringes5.3 komplettiert. Um ein Zerfallen der Gesamtlageranordnung in ihre Einzelbestandteile zu verhindern, ist der Teilring5.3 im Bereich des Kugelkranzes10 mit der Schnappstufe5.3.1 und im Bereich des Kugelkranzes11 sind der Lageraußenring4 mit der Schnappstufe4.3 und der Teilring5.4 mit der Schnappstufe5.4.1 versehen. Im Sinne der Erfindung ist unter Schnappstufe ein radial nach außen oder ein radial nach innen weisender Vorsprung zu verstehen, dessen Außen- bzw. Innendurchmesser von der Lagerkugel beim Aufschieben des Lagerringes überwunden werden muss. Dies erfolgt derart, dass die Lagerkugel den Lagerring elastisch zusammenpresst oder elastisch aufweitet bis sie ihre endgültige Lage eingenommen hat. Nach Einnehmen der Endlage der Lagerkugel sorgt der in seine Ausgangslage zurückkehrende Lagerring dafür, dass die Lagerkugeln durch die Schnappstufe gehindert ist, vom Lagerring in axialer Richtung abzugleiten. - Die in
2 dargestellte Lageranordnung unterscheidet sich von der in1 lediglich dadurch, dass die Laufbahnen der Lagerkugeln11 des Vorspannungslagers3 einen größeren Durchmesser aufweisen als die Laufbahnen der Lagerkugeln9 ,10 des Hauptlagers2 . Erreicht wird dies dadurch, dass der Lageraußenring4 im Anschluss an seine Schulter4.2 mit einer radialen Verlängerung4.4 versehen ist, die in die Schulter4.5 übergeht. - Die in den
3 und4 dargestellte Lageranordnung zeichnet sich dadurch aus, dass die Lagerkugeln11 des Vorspannungslagers3 einen kleineren Durchmesser als die Lagerkugeln9 ,10 des Hauptlagers2 und gegenüber diesen im Durchmesser größere Kugellaufbahnen besitzen. Beide Lagerringe4 ,5 sind als dünnwandige spanlos hergestellte Teile ausgebildet, wobei gemäß4 der axiale Abstand zwischen Hauptlager2 und Vorspannlager3 vergrößert ist. Zwischen den Teilringen5.3 ,5.4 ist wiederum zur Einstellung der Lagervorspannung der Spalt s angeordnet. - Die in den
5 und6 gezeigte Lageranordnung zeichnet sich dadurch aus, dass der Lageraußenring4 des Hauptlagers2 durch eine Doppelung4.6 verstärkt ist, die sich über den gesamten Laufbahnbereich der Lagerkugeln9 ,10 erstreckt. Diese Doppelung4.6 ist in axialer Richtung über die Schulter4.5 verlängert und bildet so die Laufbahn für die Lagerkugeln11 des Vorspannungslagers3 . Die Einstellung der Lagervorspannung erfolgt über den zwischen den beiden Teilringen5.3 ,5.4 angeordneten Spalt s. - In den
7 bis10 sind erfindungsgemäße Lagervarianten dargestellt, bei denen der Lageraußenring4 zweistückig ausgebildet ist und von einer seine Mantelfläche umfassenden Hülse14 umschlossen ist. - Wie aus
7 erkennbar, ist das Vorspannungslager3 doppelreihig ausgebildet, wobei der Teilring5.4 mit der mittig angeordneten Schulter5.4.3 und der linksseitig davon angeordneten Schulter5.4.2 versehen ist. Der zugehörige Lageraußenring4.7 weist die mittig angeordnete Schulter4.7.1 und die rechtsseitig davon angeordnete Schulter4.7.2 auf, die der Schulter5.4.2 diametral gegenüberliegt. Hauptlager2 und Vorspannungslager3 sind in axialer Richtung voneinander beabstandet, wobei zwischen ihnen entweder die plastisch verformbare Hülse15 oder der Abstandsring16 angeordnet ist. Sowohl Hauptlager2 als auch Vorspannungslager3 sind von der Hülse14 umschlossen, die am rechtsseitigen äußeren Ende entweder in das Gehäuse12 eingreift oder den Lageraußenring4 an seiner Stirnfläche hintergreift. Der zur Einstellung der Lagervorspannung erforderliche Spalt s wird im oberen Teil der Figur durch den Abstand zwischen den Teilringen5.3 ,5.4 bestimmt, wobei nach erreichter Vorspannung die zwischen bei der angeordnete Hülse15 radial nach außen verformt ist. Im unteren Bildteil ist der zur Einstellung der Vorspannung erforderliche Spalt s zwischen dem Abstandsring16 und dem Teilring5.3 vorhanden. - Gemäß
8 sind sowohl das Hauptlager2 als auch das Vorspannungslager3 mit gleichem Durchmesser versehen und sind von der Hülse14 umfasst, wobei der Abstand zwischen den äußeren Lagerringen4 und4.7 durch eine Ein bauchung14.1 der Hülse14 eingestellt ist. Die Teilringe5.3 ,5.4 liegen, wie aus dem oberen Bildteil ersichtlich, entweder nahezu aneinander an oder sind, wie aus dem unteren Bildteil ersichtlich, durch den Abstandsring16 voneinander getrennt, wobei der zur Einstellung der Vorspannung erforderliche Spalt s zwischen den beiden Teilringen5.3 ,5.4 oder zwischen Teilring5.4 und Abstandsring16 angeordnet ist. In der unteren Bildhälfte ist ein weiterer Abstandsring17 erkennbar, die äußeren Lagerringe4 und4.7 voneinander getrennt, wobei die Einbauchung14.1 der Hülse14 in eine nicht bezeichnete Ausnehmung dieses Abstandsringes17 eingepresst ist oder durch einen Rolliervorgang eingeformt ist. - Die in
9 dargestellte Lageranordnung zeichnet sich gegenüber der in8 gezeigten dadurch aus, dass bei der Hülse14 auf die Einbauchung14.1 verzichtet ist. Wie erkennbar, wird im oberen Bildteil der Spalt s zwischen den Teilringen5.3 ,5.4 und im unteren Bildteil zwischen dem Teilring5.4 und dem Abstandsring16 gebildet. - Schließlich ist in
10 eine Lageranordnung gezeigt, bei der beide Lager2 , mit ihren Lageraußenringen4 ,4.7 unmittelbar aneinander anliegen und von der Hülse14 an ihren Mantelflächen umfasst sind, während der Spalt s zur Einstellung der Vorspannung zwischen den Teilringen5.3 ,5.4 gebildet ist. - Zur Einstellung der gewünschten Vorspannung ist es denkbar, den piezoelektrischen Effekt zu nutzen. Durch Beschichten von Lagerringen und/oder Anschlussteilen mit bestimmten Kristallarten entsteht bei Ausübung von Druck auf diese Kristalle eine elektrische Spannung, die als Meßgröße für die richtige Einstellung der Lagervorspannung verwendbar ist.
-
- 1
- Schrägkugellager
- 2
- Hauptlager
- 3
- Vorspannungslager
- 4
- Lageraußenring
- 4.1
- erste Schulter
- 4.2
- zweite Schulter
- 4.3
- Schnappstufe
- 4.4
- Verlängerung
- 4.5
- Schulter
- 4.6
- Doppelung
- 4.7
- Lageraußenring
- 4.7.1
- Schulter
- 4.7.2
- Schulter
- 5
- Lagerinnenring
- 5.1
- erste Schulter
- 5.2
- zweite Schulter
- 5.3
- Teilring
- 5.3.1
- Schnappstufe
- 5.4
- Teilring
- 5.4.1
- Schnappstufe
- 5.4.2
- Schulter
- 5.4.3
- Schulter
- 6
- Käfig
- 7
- Käfig
- 8
- Käfig
- 9
- Lagerkugel
- 10
- Lagerkugel
- 11
- Lagerkugel
- 12
- Gehäuse
- 13
- Welle
- 14
- Hülse
- 14.1
- Einbauchung
- 15
- Hülse
- 16
- Abstandsring
- 17
- Abstandsring
- s
- Spalt
Claims (13)
- Doppelseitig belastbares mehrreihiges Schrägkugellager (
1 ), das zur Abstützung der Hauptlast ein Hauptlager (2 ) mit wenigstens zwei Kugelkränzen (9 ,10 ) aufweist, dem zur Einstellung einer axialen Vorspannung ein Vorspannungslager (3 ) mit wenigstens einem Kugelkranz (11 ) mit entgegengesetztem Druckwinkel zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lagerinnenring (5 ) aus zwei durch einen Spalt (s) voneinander beabstandete Teilringe (5.3 ,5.4 ) gebildet ist, der Teilring (5.3 ) und ein Lageraußenring (4 ) des Hauptlagers (2 ) je eine die Kugelkränze (9 ,10 ) trennende, in radialer Richtung sich gegenüberliegende erste Schulter (5.1 ,4.1 ) und je eine an einem äußeren oder einem inneren Ende sich diametral gegenüberliegende zweite Schulter (5.2 ,4.2 ) aufweisen, wobei wenigstens einer der Lagerringe (4 ,5 ) aus einem Wälzlagerstahl durch einen spanlosen Formgebungsprozess hergestellt ist. - Kugellager (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugellaufbahnen des Hauptlagers (2 ) einen gleichen oder einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisen. - Kugellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugellaufbahnen des Vorspannungslagers (
3 ) einen gleichen oder einen größeren Durchmesser als die Kugellaufbahnen des Hauptlagers (2 ) aufweisen. - Kugellager (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerkugeln (11 ) des Vorspannungslagers (3 ) einen gleichen oder einen kleineren Durchmesser als die Lagerkugeln (9 ,10 ) des Hauptlagers (2 ) aufweisen. - Kugellager (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lageraußenring (4 ) einstückig ausgebildet ist. - Kugellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lageraußenring (
4 ) zweistückig ausgebildet ist und von einer seine Mantelfläche umfassenden Hülse (14 ) umgriffen ist. - Kugellager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (
4 ) durch eine Dopplung (4.6 ) verstärkt ist, die in axialer Richtung verlängert ist und eine Außenlaufbahn für das Vorspannungslager (3 ) bildet. - Kugellager (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es als eine unverlierbare Baueinheit ausgebildet ist, wobei wenigstens einer der Kugelkränze (11 ) des Lagerinnenringes (5 ) und/oder des Lageraußenringes (4 ) des Vorspannungslagers (3 ) durch eine in Umfangsrichtung verlaufende Schnappstufe (5.4.1 ,4.3 ) verliersicher gehalten ist. - Kugellager (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es als eine unverlierbare Baueinheit ausgebildet ist, wobei wenigstens einer der Kugelkränze (9 ,10 ) des Lagerinnenringes (5 ) und/oder des Lageraußenringes (4 ) des Hauptlagers (2 ) durch eine in Umfangsrichtung verlaufende Schnappstufe (5.3.1 ) verliersicher gehalten ist. - Kugellager (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerringe (4 ,5 ) einem Wärmebehandlungsverfahren zur Steigerung der Härte unterworfen sind. - Kugellager (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Lagerug einer Welle (13 ) in einem Zahnräderwechselgetriebe für ein Kraftfahrzeug eingesetzt ist. - Kugellager (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Lagerung einer Kegelritzelwelle in einem Achsverteilergetriebe eingesetzt ist. - Kugellager (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugellaufbahnen des Hauptlagers (2 ) und/oder des Vorspannungslagers (3 ) mit einer Hartstoffbeschichtung versehen sind.
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