DE102004055227A1

DE102004055227A1 - Kegelrollenlager

Info

Publication number: DE102004055227A1
Application number: DE102004055227A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Hofmann; Johannes De Boer; Horst DÖPPLING; Bernhard Wilm
Original assignee: FAG Kugelfischer AG and Co OHG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2004-11-17
Filing date: 2004-11-17
Publication date: 2006-05-18
Also published as: US20090154860A1; EP1812721A1; KR20070086290A; WO2006053532A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kegelrollenlager (1) mit zumindest einer konischen Außenlaufbahn (7), wenigstens einer konischen Innenlaufbahn (6) und mit radial zwischen den Laufbahnen (6, 7) sowie dabei um die Längsmittelachse (1a) des Kegelrollenlagers (1) angeordneten Kegelrollen (4), wobei die Kegelrollen (4) jeweils eine konische erste Mantelfläche (14) für eine Wirkverbindung radial nach außen im Wälzkontakt mit der Innenlaufbahn (6) und für eine Wirkverbindung radial nach innen im Wälzkontakt mit der Außenlaufbahn (7) aufweisen und wobei sich die Mittellinien (12) der Kegelrollen (4) in einem gemeinsamen Schnittpunkt (13) auf der Längsmittelachse (1a) schneiden.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Kegelrollenlager mit zumindest einer konischen Außenlaufbahn, wenigstens einer konischen Innenlaufbahn und mit radial zwischen den Laufbahnen sowie dabei um die Längsmittelachse des Kegelrollenlagers angeordneten Rollen, wobei die Rollen jeweils eine konische Mantelfläche für eine Wirkverbindung radial nach außen im Wälzkontakt mit der Innenlaufbahn und für eine Wirkverbindung radial nach innen im Wälzkontakt mit der Außenlaufbahn aufweisen.

Hintergrund der Erfindung

Derartige Kegelrollenlager sind in US 4,065,191 beschrieben. Konventionelle Kegelrollenlager sind die Kegelrollenlager, bei denen sich die Mittellinien der Rollen, die Mantellinien für die außenringseitige Innenlaufbahnen und die Mantellinien der innenringseitigen Außenlaufbahn in einem gemeinsamen Punkt auf der Längsmittelachse des Kegelrollenlagers schneiden. Die Man tellinien sind umfangsseitig zueinander benachbart in beliebiger Anzahl angeordnet und beschreiben in Schnittebenen längs entlang der Längsmittelachse des Lagers die Neigung und somit den Kegelwinkel der jeweiligen Laufbahn. Die Geometrie von konventionellen Kegelrollenlagern wird in der Fachwelt zunächst als die Geometrie betrachtet, bei der in der Wirkverbindung zwischen den Rollen und den Laufbahnen aufgrund gleicher Umfangsgeschwindigkeiten nahezu nur Wälzkontakt auftritt.

Durch den Neigungswinkel der Laufbahnen und den Kegelwinkel der Rollen entstehen aus Radialkräften im Betrieb des Lagers Axialkomponenten auf die Rollen. Die Axialkomponenten verschieben die Rollen axial gegen die Borde, so dass zwischen den Borden und den Stirnseiten der Rollen Reibkontakt entsteht. Je größer die Neigungswinkel sind, umso höher sind demnach die Verluste durch Gleitreibung zwischen den Rollen und Bord. Außerdem sind die Rollen durch den Gleitkontakt am Bord in der Rollbewegung einseitig abgebremst, so dass sich die Rollen gegen die ideale Abrollrichtung verschränken. Dadurch entsteht auch in den Wirkverbindungen zwischen der Mantelfläche der Kegelrollen und den Mantelflächen der Laufbahnen unerwünschte Gleitreibung.

In US 4,065,191 beschreibt Lösungsansätze, durch die dieses bekannte Problem beseitigt bzw. die Wirkung wesentlich gemindert werden soll. Es sind Mantelflächen vorgesehen, die nicht durch eine geradlinige Mantellinie beschrieben sind, sondern durch Mantellinien, die in Richtung der Längsmittelachse abweichend vom Niveau üblicher Profilierung des Wälzkontakts stark in Richtung der Längsmittelachse abknicken. Demnach ist der Verlauf derartiger Mantellinien, abweichend von der konventionellen Gestaltung, nicht durch einen Winkel zwischen den Mantellinien und der Längsmittelachse sondern durch mindesten zwei zueinander unterschiedliche Winkel beschrieben. Es entstehen somit jeweils zwei Scheitelpunkte. Die zunächst durch den Bordkontakt verschränkten Rollen werden auf derartig abgeknickten Laufbahnen kurzzeitig in Abrollrichtung ausgerichtet um dann abzukip pen und dann erneut wieder an dem Bord anzulaufen. Der Wälzkontakt zwischen dem Wälzkörper und der Laufbahn ist nicht mehr über die gesamte effektiv tragende Länge der Wälzkörper abgesichert. Außerdem lassen sich die Laufbahnen an den Lagerringen nur aufwändig herstellen.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Kegelrollenlager zu schaffen, das sich einfach herstellen lässt und durch dessen Laufbahn- und Rollengeometrie geringe Axialkräfte auf die Wälzkörper entstehen.

Diese Aufgabe ist nach dem Gegenstand des Anspruches 1 für ein Kegelrollenlager und mit einem weiteren Anspruch durch eine Rolle für ein derartiges Kegelrollenlager gelöst.

Das Kegelrollenlager weist zumindest eine konische Außenlaufbahn auf. Die Außenlaufbahn ist an einem Innenring ausgebildet. Die Erfindung ist auch für Kegelrollenlager vorgesehen, die an einem Innenring zwei der Außenlaufbahnen aufweisen oder die mehr als einen der Innenringe aufweisen, von denen zumindest einer wenigstens eine der Außenlaufbahnen aufweist.

Das Kegelrollenlager weist zumindest eine konische Innenlaufbahn auf. Die Innenlaufbahn ist an einem Außenring ausgebildet. Die Erfindung ist auch für Kegelrollenlager vorgesehen, die an einem Außenring zwei der Innenlaufbahnen aufweisen oder die mehr als einen der Außenringe aufweisen, von denen zumindest einer wenigstens eine der Innenlaufbahnen aufweist.

Das Kegelrollenlager weist wenigstens eine Reihe Kegelrollen auf. Die Kegelrollen sind radial zwischen den Laufbahnen sowie dabei um die Längsmittelachse des Kegelrollenlagers angeordnet. Die konische Mantelfläche steht radial nach außen und innen mit jeweils der Innen- bzw. Außenlaufbahn in einer Wirkverbindung. Die Wirkverbindung besteht vorwiegend aus Wälzkontakt, kann aber auch Anteile aus Gleitreibkontakt aufweisen.

Die Anwendung der Erfindung ist besonders in Radlagern vorgesehen. Deshalb ist auch denkbar, dass wenigstens eine der Innenlaufbahnen des Radlagers beispielsweise einteilig zusammen mit einem Körper ausgebildet ist, an dem auch Befestigungselemente wie Flansche o.ä. für die fahrzeugseitige Befestigung des Radlagers oder für die Befestigung von Elementen einer Bremse bzw. für die Befestigung eines Fahrzeugrades vorgesehen sind. Es ist auch denkbar, dass wenigstens eine der Außenlaufbahnen direkt an einer Nabe der Radlagerung ausgebildet ist, mit der das Radlager beispielsweise fahrzeugfest ist oder an der ein in mit der Radlagerung drehbares Rad befestigt ist. Denkbar ist auch ein mindestens zweireihiges Kegelrollenlager mit dem Außenring(en) montiert in den Körper und mit dem Innenring auf der Nabe.

Die Mantelflächen der Laufbahnen sind durch Mantellinien begrenzt, deren gedachte Verlängerungen sich jeweils in einem Scheitelpunkt pro Laufbahn schneiden. Der jeweilige Scheitelpunkt der Mantellinien bzw. der deren Verlängerungen für die Innenlaufbahn und auch für die Außenlaufbahn liegt auf der Längsmittelachse des Kegelrollenlagers. Zwischen diesen zwei Scheitelpunkten liegt der Schnittpunkt, in dem sich die zueinander geneigten Mittellinien der Kegelrollen einer Reihe schneiden. Die Verlängerungen der Mantellinien, die die Ausrichtung der Mantellinien des Kegelmantels der Rollen beschreiben, schneiden sich in einem Schnittpunkt, der nicht auf der Längsmittelachse des Kegelrollenlagers sondern von der Längsmittelachse radial entfernt liegt.

Die Verlängerungen der Mantellinien der Kegelrolle schneiden sich in dem gemeinsamen Scheitelpunkt auf der Mittelachse der Kegelrolle. Der Wert des Kegelwinkels, der immer zwischen zwei Verlängerungen der Mantellinien der Kegelrolle in einer gemeinsamen Längsebene eingeschlossen ist, ist gemäß Erfindung nicht kleiner als ein Winkelgrad (1°) und nicht größer als vier Winkelgrade (4°). Der bevorzugte Kegelwinkel ist 1° 30' < α < 2°. Die Längsebene ist eine gedachte Schnittebene, durch die entlang der Mittelachse geschnittene Rolle. Die Kegelrolle ist eine Flachkegelrolle mit einem im Vergleich zu konventionellen Kegelrollen flachen Kegelwinkel. Die anfangs beschriebenen Axialkomponenten der Lagerbelastung sind entsprechend gering.

Die Mantellinien der Innenlaufbahn am Außenring oder eines Gehäuses (o.ä.) sind jeweils mit einem ersten Neigungswinkel zur Längsmittelachse geneigt, der nicht kleiner als 8° und nicht größer als 25° ist.

Die Mantellinien der Außenlaufbahn am Innenring oder an einer Welle (o.ä.) und die Längsmittelachse schließen jeweils einen zweiten Neigungswinkel zwischen sich ein, der nicht kleiner als 7° und nicht größer als 22° ist. Der bevorzugte zweite Neigungswinkel ist 15° = < α < = 16°.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht ein Kegelrollenlager vor, dessen Außenring einen Ringbord für den Axialanlauf der Wälzkörper und einen bordlosen Innenring des Kegelrollenlagers aufweist. Der Innenring ist einfach zu fertigen. Das Lager ist insgesamt kostengünstig herzustellen, insbesondere dann, wenn wenigstens einer der Ringe ein Kaltumformteil ist.

Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Kegelrollenlagers 1 in einer Schnittebene eines Längsschnittes entlang der Längsmittelachse 1a. Das Kegelrollenlager 1 ist, mit wenigstens einem weiteren Kegelrollenlager gepaart, beispielsweise in einer Radlagerung eingesetzt. Das Kegelrollenlager 1 weist einen Innenring 2, einen Außenring 3 und Kegelrollen 4 auf. Der Außenring 3 ist mit einem Ringbord 5 versehen. Der Ringbord 5 steht radial in Richtung der Längsmittelachse 1a über die Innenlaufbahn 6 hervor, so dass die Kegelrollen 4 mit den Stirnseiten 4a axial gegen diesen anlaufen. Der bordlose Innenring 2 weist die Außenlaufbahn 7 auf.
Die Verlängerungen der Mantellinien 8a der Mantelfläche 8 der Außenlaufbahn schneiden sich auf der Längsmittelachse 1a in dem Scheitelpunkt 9. Die Verlängerungen der Mantellinien 10a der Mantelfläche 10 der Innenlaufbahn 6 schneiden sich in einem axial zu dem Scheitelpunkt 9 beabstandeten Scheitelpunkt 11. Die Mittellinien 12 einer jeden Kegelrolle 4 schneiden sich in dem Schnittpunkt 13 auf der Längsmittelachse 1a. Der Scheitelpunkt 9 ist von den drei Punkten 9, 11 und 13 axial dem Kegelrollenlager 1 am nächsten. Der Schnittpunkt 13 liegt axial zwischen dem Scheitelpunkt 9 und dem Scheitelpunkt 11. Die Mantellinien 8a sind mit einem Winkel α1 = zweiter Neigungswinkel zu der Längsmittelachse 1a geneigt und die Mantellinien 10a mit einem Winkel von α2 = erster Neigungswinkel Die Mittellinien 12 und die Längsmittelachse 1a schließen einen Winkel von α3 zwischen sich ein.
Die Verlängerungen der Mantellinien der Kegelrollen 4 sind durch die Linien 16 symbolisiert (vergleiche insbesondere 1a) und schneiden sich in einem Scheitelpunkt 15, der aufgrund des geringen Kegelwinkels α4 außerhalb der Bildfläche von 1 und generell zur Längsmittelachse beabstandet liegt. 1a zeigt eine erfindungsgemäße Kegelrolle, beispielsweise eine Kegelrolle 4, bei der der Kegelwinkel α4 = 1° 30' nicht maßstäblich und mit gebrochenen somit verkürzten Linien dargestellt ist.

Claims

Kegelrollenlager (1) mit zumindest einer konischen Außenlaufbahn (7), wenigstens einer konischen Innenlaufbahn (6) und mit radial zwischen den Laufbahnen (6; 7) sowie dabei um die Längsmittelachse (1a) des Kegelrollenlagers (1) angeordneten Kegelrollen (4), wobei die Kegelrollen (4) jeweils eine konische erste Mantelfläche (14) für eine Wirkverbindung radial nach außen im Wälzkontakt mit der Innenlaufbahn (6) und für eine Wirkverbindung radial nach innen im Wälzkontakt mit der Außenlaufbahn (7) aufweisen, und wobei sich die Mittellinien (12) der Kegelrollen (4) in einem gemeinsamen Schnittpunkt (13) auf der Längsmittelachse (1a) schneiden und sich gedachte Verlängerungen – von ersten Mantellinien (14a) der ersten Mantelfläche (14) der Kegelrolle (4) in einem gemeinsamen von der Längsmittelachse (1a) entfernten ersten Scheitelpunkt (15) schneiden, – von zweiten Mantellinien (10a) einer zweiten Mantelfläche (10) der Innenlaufbahn (6) in einem gemeinsamen zweiten Scheitelpunkt (11) auf der Längsmittelachse (1a) schneiden, – von dritten Mantellinien (8a) einer dritten Mantelfläche (8) der Außenlaufbahn (7) in einem gemeinsamen dritten Scheitelpunkt (9) auf der Längsmittelachse (1a) schneiden und dabei der zweite Scheitelpunkt (11) und der dritte Scheitelpunkt (9) auf der Längsmittelachse (1a) zueinander beabstandet sind sowie den Schnittpunkt (13) axial zwischen sich nehmen.
Kegelrollenlager nach Anspruch 1, bei dem die ersten Mantellinien (14a) einen ersten Kegelwinkel (α₄) zwischen sich einschließen, der gleich und größer 1° und kleiner sowie gleich 4° ist, wobei der Kegelwinkel (α₄) zwischen den ersten Mantellinien (14a) ausgebildet ist, die sich jeweils in einer gemeinsamen längs der Längsmittelachse (1a) verlaufenden Schnittebene durch das Kegelrollenlager (1) gegenüberliegen.
Kegelrollenlager nach Anspruch 1, bei dem die zweiten Mantellinien (10a) jeweils mit einem ersten Neigungswinkel (α₂) zur Längsmittelachse (1a) geneigt sind, der gleich und größer 8° und kleiner sowie gleich 25° ist.
Kegelrollenlager nach Anspruch 1, bei dem die dritten Mantellinien (8a) und die Längsmittelachse (1a) jeweils einen zweiten Neigungswinkel (α₁) zwischen sich einschließen, der gleich und größer 15° und kleiner sowie gleich 16° ist.
Kegelrollenlager nach Anspruch 1, bei dem wenigstens eine der Innenlaufbahnen (6) innen an einem die Kegelrollen (4) außen umfassenden Außenring (3) des Kegelrollenlagers (1) mit einem radial über die Innenlaufbahn (6) in Richtung der Längsmittelachse (1a) hinaus stehenden Ringbord (5) für den Axialanlauf der Kegelrollen (4) ausgebildet ist.
Kegelrollenlager nach Anspruch 1, bei dem wenigstens eine der Außenlaufbahnen (7) außen an einem bordlosen Innenring (2) des Kegelrollenlagers (1) ausgebildet ist.
Kegelrollenlager nach Anspruch 8 oder 9, bei dem wenigstens einer der Ringe (2, 3) ein Kaltumformteil ist.
Kegelrolle (4) für ein Kegelrollenlager (1) nach Anspruch 1, bei der erste Mantellinien (14a) einen ersten Kegelwinkel (α₄) zwischen sich einschließen, der größer 1° und kleiner 4° ist, wobei sich die ersten Mantellinien (14a) jeweils in einer gemeinsamen längs der Mittellinie (12) der Rolle verlaufenden Schnittebene durch die Kegelrolle (4) verlaufen.
Kegelrolle nach Anspruch 8, bei dem der erste Kegelwinkel (α₄) größer 1° und kleiner 3° ist.