DE102005027897A1

DE102005027897A1 - Rollenlager

Info

Publication number: DE102005027897A1
Application number: DE102005027897A
Authority: DE
Inventors: Alexander Zernickel; Horst DÖPPLING; Gottfried Ruoff
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2005-06-16
Filing date: 2005-06-16
Publication date: 2006-12-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Rollenlager (1, 18) mit einem Außenring (2, 19) und mit wenigstens einer Reihe von dem Außenring (2, 19) umfasster Rollen (4, 20), wobei die Rotationssymmetrieachsen (4a, 20a) der Rollen (4. 20) zur Rotationsachse (1a, 18a) des Rollenlagers (1, 18) geneigt sind und wobei der Außenring (2, 19) ein spanlos durch Umformen geformtes Blechteil ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Rollenlager mit einem Außenring und mit wenigstens einer Reihe von dem Außenring umfasster Rollen, wobei die Rotationssymmetrieachsen der Rollen zur Rotationsachse des Rollenlagers geneigt sind und wobei der Außenring ein spanlos durch Umformen geformtes Blechteil ist.
Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft Rollenlager vom Typ der Kegelrollenlager oder vom Typ der Schrägrollenlager mit zylindrischen Rollen. Die Außen- und Innenringe derartiger Lager werden vorwiegend durch spanabhebende Bearbeitung hergestellt. Die Fertigungszeiten, Herstellkosten und der Materialverbrauch sind entsprechend hoch. Die Lager weisen ein relativ hohes Gewicht auf.

Es wurden deshalb in der Vergangenheit Versuche unternommen, die Lagerringe spanlos aus Blech herzustellen. Derartige Lager sind zum Beispiel in US1,672,012 beschrieben. Der Außen- und auch der Innenring sind ringförmige Hohlkörper für zylindrische Sitze entweder im Gehäuse oder auf einer entsprechenden Welle. Die Lager weisen geringes Gewicht auf. Der Anteil an Abfall bei der Herstellung der Lagerringe aus Blech ist relativ gering.

Die Lager sind jedoch für die Verwendung in Lagerstellen mit hohen Belastungen aufgrund der geringen Wandstärke und der fehlenden radialen Unterstützung nicht oder nur eingeschränkt geeignet. Aufgrund der komplizierten hohlen Kontur ist die Herstellung der Lager aufwändig. Stütz- bzw. Halteborde an den Lagerringen sind nur durch zusätzlich ins Lager integrierte Scheiben und somit relativ aufwändig realisierbar.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, Rollenlager der Gattung zu schaffen, die sich einfach und kostengünstig herstellen lassen.

Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 für ein ein- oder mehrreihiges Rollenlager gelöst.

Der Außenring weist einen ringförmigen-napfförmigen Grundkörper ohne Materialdoppelung auf. Von dem Grundkörper gehen ein oder alternativ zwei Borde radial nach innen in Richtung der Rotationsachse oder radial nach außen von der Rotationsachse wegweisend ab. Der oder die Borde sind einteilig mit dem Grundkörper ausgebildet. Alternativ weist von dem Grundkörper ein Bord nach innen und ein anderer Bord radial nach außen. Der nach innen weisende Bord kann ein Axialbord für den axialen Anlauf der Rollen sein. Alternativ dazu wird an dem Bord bzw. an zwei radial nach innen weisenden Borden axial oder radial ein Käfig geführt. In dem Käfig sind die Rollen in axiale Richtung durch einen Seitenbord gehalten und geführt. Alternativ dazu ist ein vollrollig ausgebildetes Rollenlager vorgesehen. In diesem Fall weist das Lager keinen Käfig auf. Die Rollen sind in jede der beiden axialen Richtungen durch jeweils einen der Borde axial gehalten. Insbesondere das zuletzt genannte Rollenlager ist einfach und kostengünstig herzustellen und für höchste radiale Belastungen ausgelegt.

Der Außenring weist radial innen eine zylindrische, ballige oder vorzugsweise eine innenkonische Innenlaufbahn auf. Der Außenring ist in der Genauigkeit eines durch Ziehen oder mit verwandten Verfahren kalt umgeformten Bauteils ggf. zuzüglich der Maßabweichungen durch Härteverzug ausgebildet.

Das Bauteil kann zumindest an der Innenlaufbahn entsprechend spanabhebend genauer nachbearbeitet sein. Alternativ ist der Außenring mit dem Formen fertig bearbeitet und wird nicht mehr spanabhebend nachgearbeitet. Der Gehäusesitz ist in der Regel spanabhebend erzeugt oder spanabhebend fertig bearbeitet. Die Geometrie des kreislochförmigen Gehäusesitzes weicht deshalb deutlich weniger von der idealen Rundheit ab, als die Geometrie des durch Umformen hergestellten und nicht spanabhebend nachgearbeiteten Außenrings im unverbauten Zustand. In diesem Fall weist der unverbaute Außenring vor dem Einpressen in einen Gehäusesitz vorzugsweise eine Geometrie an beliebigen Stellen der Innenlaufbahn auf, deren Abweichung von der idealen Rundheit größer ist als die der Geometrie, welche die gleiche Innenlaufbahn an gleichen Stellen aufweist, wenn der Außenring in den Gehäusesitz eingepresst ist.

Der Nenndurchmesser des Außenrings außen ist vor dem Einpressen größer als der Nenndurchmesser des Gehäusesitzes, so dass der Außenring mit der so genannten Überdeckung in den Gehäusesitz eingepresst werden muss. Der freie Innenquerschnitt an der Innenlaufbahn des Außenringes ist dementsprechend vor dem Einpressen zu groß.

Der relativ dünnwandige Außenring und somit auch der/die Durchmesser der Innenlaufbahn schnüren sich beim Einpressen gegenüber dem relativ starren Gehäusesitz radial ein. Die Innenlaufbahn weist somit erst nach dem Einpressen die funktionsgerechten Innendurchmesser auf.

Als Material für die Herstellung sind alle kalt formbaren, einsatz- oder durchhärtbaren Stähle geeignet. Da der Außenring in dem Gehäuse radial unterstützt ist, kann der Außenring mit relativ geringer Wandstärke hergestellt werden. Der Materialverbrauch ist reduziert. Die Oberfläche des Ringes weist eine geschlossene Struktur ohne Kerben aus spanabhebender Bearbeitung auf.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Bord von der Rotationsachse des Rollenlagers weg nach außen von dem Außenring abgeht. Der Bord ist ein axialer Anschlag des Außenringes, mit dem der Außenring beim Einpressen des Außenringes anschlägt und/oder ist ein Hilfsmittel, an dem sich ein Einpresswerkzeug bei der Montage des Außenringes abstützt. Gleichzeitig oder alternativ ist ein derartiger Bord ein Element einer Lagesicherung gegen Verdrehen um die Rotationsachse des Rollenlagers und/oder gegen axiales Auswandern des Außenringes in/aus dem Gehäusesitz. Wenn der Bord ein Element einer Verdrehsicherung ist, wirkt dieser zum Beispiel mit Schrauben oder Stiften und ähnlichem zusammen. Es ist auch denkbar, dass der Bord einen oder mehrere axiale Vorsprünge aufweist, die in entsprechende axiale Vertiefungen in dem Gehäuse formschlüssig eingreifen und so ein Verdrehen des Außenrings in Umfangsrichtung verhindern.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht ein einteilig mit dem Außenring ausgebildetes Lagesicherungselement vor, das der Außenring radial außen aufweist. Das Lagesicherungselement ist durch wenigstens eine radiale Vertiefung in dem Material des Außenringes gebildet, die zu mindestens einer radialen Erhöhung aus dem Material des Außenringes benachbart ist. Die Vertiefungen entstehen zum Beispiel durch plastisches Verdrängen von Material aus der Oberfläche. Das verdrängte Material bildet einen radial aus der Oberfläche heraus stehenden Vorsprung in Nachbarschaft zu der Vertiefung. Ein Beispiel für eine Vielzahl derartiger zueinander benachbarte Vorsprünge und Vertiefungen sind Keilverzahnungen oder Rändelprofile. Diese Lagesicherungselemente paaren sich, wenn der Außenring in dem Gehäusesitz sitzt, form- und oder kraftschlüssig mit dem Material des Gehäusesitzes und sichern den Sitz axial und/oder in Umfangsrichtung.

Das Rollenlager ist entweder eine Einheit aus dem Außenring und den Wälzkörpern und gegebenenfalls mit einem Käfig oder weist einem Innenring und einen Außenring und wenigstens Reihe radial zwischen dem Innen- und dem Außenring angeordneter Rollen auf. Der Innenring weist eine Außenlaufbahn auf, deren in beliebigen Längsschnitten entlang der Rotationsachse des Rollenlagers betrachtete Konturlinien zur Rotationsachse geneigt verlaufen. Derartige Linien sind zum Beispiel ballig oder beispielsweise geradlinig zur Bildung eines Kegelstumpfes. Die ballige Kontur der Laufbahn ist durch konvex aus dem Innenring ausgewölbte Konturlinien beschrieben.

Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend mit den in 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. 1 zeigt ein Rollenlager 1 mit einem Außenring 2 und mit wenigstens einer Reihe 3 von dem Außenring 2 umfasster Rollen 4. Die Rotationssymmetrieachsen 4a der Rollen 4 sind zur Rotationsachse 1a des Rollenlagers 1 geneigt. Die Rollen 4 sind in einem Käfig 9 gehalten, von dem in dem Längsschnitt durch das Rollenlager 1 nach 1 nur die Seitenränder 10 sichtbar sind.
Der Außenring 2 ist ein spanlos durch Umformen hergestelltes Blechteil und am Grundkörper 5 napfförmig ausgebildet. Der napfförmige Außenring 2 ist bodenseitig einteilig mit einem von dem Außenring 2 radial nach innen zur Rotationsachse 1a abgewinkelten Bord 6 ausgebildet. Außerdem weist der Außenring 2 einen weiteren einteilig mit dem Außenring 2 ausgebildeten Bord 7 auf, der vom Rand der großen Öffnung des napfförmigen Grundkörpers 5 radial nach außen weisend abgewinkelt ist.
Der Außenring 2 weist eine Innenlaufbahn 8 auf, deren Innenkonturlinien 12, in dem Längsschnitt durch das Rollenlager nach 1 und in allen weiteren beliebigen Längsschnitten entlang der Rotationsachse 1a des Rollenlagers 1 betrachtet, zur Rotationsachse 1a geneigt verlaufen, so dass die Innenlaufbahn 8 innenkonisch ausgebildet ist - oder auch in Richtung der Rotationsachse 1a konvex ballig ausgewölbt sein kann. Die Außenkontur 31 des Außenringes ist mit einer außenkonischen Mantelfläche 11 versehen, die flächenparallel zur Innenlaufbahn 8 um die Rotationsachse 1a verläuft. Demnach sind die zueinander parallelen Konturlinien 12 und 13 in beliebigen Längsschnitten um den gleichen Winkel zur Rotationsachse 1a geneigt. Das nicht dargestellte Gehäuse wird zur Aufnahme des Rollenlagers 1 demnach einen innenkonischen Gehäusesitz für den Außenring 2 aufweisen.
Die Rollen 4 sind zylindrisch ausgebildet, so dass die Innenlaufbahn 8 flächenparallel zu der Außenlaufbahn 14 des Innenringes 17 um die Außenlaufbahn 14 verläuft. In die eine axiale Richtung schließt sich dem Seitenrand 10 des Käfigs 9 axial dem Bord 6 an. Axial beidseitig der Außenlaufbahn 14 stehen die Seitenborde 15 und 16 an radial aus dem Innenring 17 hervor.
2 zeigt ein Rollenlager 18 mit einem Außenring 19 und mit wenigstens einer Reihe von dem Außenring 19 umfasster Rollen 20. Die Rotationssymmetrieachsen 20a der Rollen 20 sind zur Rotationsachse 18a des Rollenlagers 18 geneigt. Die Rollen 20 sind in einem Käfig 21 gehalten, von dem in dem Längsschnitt durch das Rollenlager 18 nach 2 nur die Seitenränder 22 sichtbar sind.
Der Außenring 19 ist ein spanlos durch Umformen hergestelltes Blechteil. und weist zwei radial nach innen zur Rotationsachse 18a abgewinkelte Borde 23 und 24 auf. Die Vorform 19a eines Außenringes 19 ist in den 3 und 4 dargestellt. An der Vorform 19a weist zunächst nur der Bord 23 radial nach innen und der Bord 24 liegt zunächst in der Ausgangsform 24a vor. Bei der Montage des Rollenlagers 18 wird dann der Bord 24 radial nach innen umgelegt. Die Borde 23 und 24 nehmen am fertig montierten Rollenlager 18 nach 2 die Rollen 20 axial zwischen sich.
An dem Außenring 19 ist eine Innenlaufbahn 25 ausgebildet, deren Innenkonturlinien 12, in dem Längsschnitt durch das Rollenlager nach 2 und in allen weiteren beliebigen Längsschnitten entlang der Rotationsachse 18a des Rollenlagers 18 betrachtet, zur Rotationsachse 18a geneigt verlaufen, so dass die Innenlaufbahn 25 innenkonisch ausgebildet ist. Die Außenkontur 32 des Außenringes 19 ist mit einer außenkonischen Mantelfläche 26 versehen, die flächenparallel zur Innenlaufbahn 25 um die Rotationsachse 18a verläuft. Demnach sind die zueinander parallelen Konturlinien 12 und 13 in beliebigen Längsschnitten um den gleichen Winkel zur Rotationsachse 18a geneigt. Das nicht dargestellte Gehäuse wird zur Aufnahme des Rollenlagers 18 demnach einen innenkonischen Gehäusesitz für den Außenring 19 aufweisen.
Die Rollen 20 sind Zylinderrollen. In die eine axiale Richtung schließt sich dem Seitenrand 10 des Käfigs 9 axial der Bord 6 an. Der Innenring 27 ist bordlos. Die Seitenränder 22 des Käfigs 21 verlaufen radial zwischen den Borden 23 und 24. Dabei sind die Seitenränder 22 dem Innenring 27 radial näher als dem Außenring 19.
Der Außenring 19 weist radial außen wenigstens ein einteilig mit dem Außenring 19 ausgebildetes Lagesicherungselement 28 zur bewegungsfesten Sicherung des Außenringes 19 in einem Gehäusesitz auf. Das Lagesicherungselement 28 ist in diesem Fall durch radiale Vertiefungen 29 in dem Ma terial des Außenringes 19 gebildet. Zwischen jeweils zwei der Vertiefungen 29 ist demnach eine radiale Erhöhung 30 ausgebildet. Das Lagesicherungselement 28 geht in einem Gehäusesitz eine teils form- und teils kraftschlüssige Wechselwirkung mit dem Gehäuse ein, die sich auch in wechselseitiger, teils plastischer Verformung der aneinander wirkenden Materialien („Festkrallen") auswirken kann. Die Lagesicherung wirkt somit in Umfangsrichtungen aber auch in axiale Richtungen.
Die 3 bis 5 zeigen eine alternative Ausgestaltung des Außenringes 19. In diesem Fall weist der Außenring 19 drei am Umfang verteilte Lagesicherungselemente 33 auf, die axial aus dem Bord 23 geformt sind. Die Anzahl der Lagesicherungselemente 33 ist beispielhaft und kann auch beliebig anders gewählt sein. Bei der Herstellung der der Lagesicherungselemente 33 wurde weitestgehend axial Material aus dem Bord 23 verdrängt, so dass die Lagersicherung 33 axial zu einer Vertiefung 34 im Bord 23 benachbart ist (Detail - 5). Die Lagesicherungselemente 28 gehen in einem Gehäusesitz mit entsprechenden Vertiefungen an beispielsweise einer Axialschulter des Gehäuses eine formschlüssige Verbindung ein. Die formschlüssige Verbindung verhindert das umfangsseitige Wandern des Außenringes 19 in dem Gehäuse.

1: Rollenlager
1a: Rotationsachse
2: Außenring
3: Reihe
4: Rolle
4a: Rotationssymmetrieachse
5: Grundkörper
6: Bord
7: Bord
8: Innenlaufbahn
9: Käfig
10: Seitenrand
11: Mantelflächen
12: Innenkonturlinie
13: Außenkonturlinie
14: Außenlaufbahn
15: Seitenbord
16: Seitenbord
17: Innenring
18: Rollenlager
18a: Rotationsachse
19: Außenring
19a: Vorform des Außenrings
20: Rollen
20a: Rotationssymmetrieachsen
21: Käfig
22: Seitenrand
23: Bord
24: Bord
24a: Ausgangsform des Bordes
25: Innenlaufbahn
26: Mantelfläche
27: Innenring
28: Lagesicherungselement
29: Vertiefung
30: Erhöhung
31: Außenkontur
32: Außenkontur
33: Lagesicherungselement
34: Vertiefung

Claims

Rollenlager (1, 18) mit einem Außenring (2, 19) und mit wenigstens einer Reihe von dem Außenring (2, 19) umfasster Rollen (4, 20), wobei die Rotationssymmetrieachsen (4a, 20a) der Rollen (4, 20) zur Rotationsachse (1a, 18a) des Rollenlagers (1, 18) geneigt sind und wobei der Außenring (2, 19) ein spanlos durch Umformen geformtes Blechteil ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (2, 19) einteilig mit einem von dem Außenring (2, 19) winklig abgehenden Bord (6, 7, 23, 24) ausgebildet ist.
Rollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (2, 19) radial innen eine Innenlaufbahn (8, 25) aufweist, deren Konturlinien (12), in beliebigen Längsschnitten entlang der Rotationsachse (1a, 18a) des Rollenlagers (1, 18) betrachtet, zur Rotationsachse (1a, 18a) geneigt verlaufen.
Rollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bord (6, 23, 24) radial nach innen zur Rotationsachse (1a, 18a) des Rollenlagers (1, 18) weist, wobei die Rollen (4, 20) zumindest teilweise von dem Bord axial hintergriffen (6, 7, 23, 24) sind.
Rollenlager nach Anspruch 1 mit einem Käfig (9), wobei die Rollen (4) in dem Käfig (9) in axiale Richtung durch mindestens einen Sei tenrand (10) des Käfigs (9) in dem Käfig (9) gehalten werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Bord (6) radial nach innen zur Rotationsachse (1a) des Rollenlagers (1) gerichtet ist, wobei zumindest ein Teil des Bordes (6) sich in axialer Richtung an den Seitenrand (10) anschließt.
Rollenlager nach Anspruch 1 mit einem Käfig (21), wobei die Rollen (20) in dem Käfig (21) in axiale Richtung durch mindestens einen Seitenrand (22) des Käfigs (21) in dem Käfig (21) gehalten werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Bord (23, 24) radial nach innen zur Rotationsachse (18a) des Rollenlagers (18) gerichtet ist, wobei der Seitenrand (22) radial zwischen dem Bord (23, 24) und der Rotationsachse (18a) umläuft.
Rollenlager nach Anspruch 7 mit einem Innenring (27), wobei die Reihe (3) radial zwischen dem Innenring (27) und dem Außenring (19) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Seitenrand (22) dem Innenring (27) radial näher ist als dem Außenring (19).
Rollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bord (7) von der Rotationsachse (1a) des Rollenlagers (1) weg nach außen von dem Außenring (2) abgeht.
Rollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Bord (6) radial nach innen zur Rotationsachse (1a) des Rollenlagers (1, 18) abgeht und dass ein zweiter Bord (7) von der Rotationsachse (1a) weg von dem Außenring (2) abgeht ist.
Rollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (19) zwei in Richtung der Rotationsachse (18a) abgehende der Borde (23, 24) aufweist.
Rollenlager nach Anspruch 1 mit einem Innenring (17, 27), wobei die Reihe radial zwischen dem Innenring (17, 20) und dem Außenring (2, 19) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (17, 20) eine Außenlaufbahn (14) aufweist, deren Konturlinien (13), in beliebigen Längsschnitten entlang der Rotationsachse (1a, 18a) des Rollenlagers (1, 18) betrachtet, zur Rotationsachse (1a, 18a) geneigt verlaufen.
Rollenlager nach Anspruch 1 mit einem Innenring (17), wobei die Reihe (3) radial zwischen dem Außenring (2) und einer Außenlaufbahn (14) des Innenringes (17) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Bord (6) radial nach innen zur Rotationsachse des (1a) Rollenlagers (1) abgeht, dass der Innenring (17) zumindest mit einem Seitenbord (15, 16) versehen ist, wobei sich der Seitenbord (15, 16) der Außenlaufbahn (14) axial anschließt sowie radial nach außen aus dem Innenring (17) hervorsteht.
Rollenlager nach Anspruch 1 mit einem Innenring (27), wobei die Reihe (3) radial zwischen dem Außenring (2) und einer Außenlaufbahn (14) des Innenringes (27) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (2) zwei in Richtung der Rotationsachse (18a) abgehende der Borde (23, 24) aufweist und dass der Innenring (27) bordlos ist.
Rollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollen (4, 20) Zylinderrollen sind.
Rollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontur (31, 32) des Außenringes (2, 19) zumindest abschnittsweise außenkonisch ist.
Rollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (2, 19) radial innen eine innenkonische Innenlaufbahn (8, 25) aufweist und außen zumindest abschnittsweise eine außenkonische Außenkontur (31, 32) aufweist, wobei die Innenlaufbahn (8, 25) und die Außenkontur (31, 32) zueinander in der Größe gleiche Konuswinkel aufweisen.
Rollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (19) wenigstens ein einteilig mit dem Außenring (19) ausgebildetes Lagesicherungselement (28, 33) zur Sicherung des Außenringes (19) in einem Gehäusesitz aufweist.
Rollenlager nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (19) das Lagesicherungselement (28, 33) radial außen aufweist, wobei das Lagesicherungselement (28) durch wenigstens eine radiale Vertiefung (29) in dem Material des Außenringes (19) gebildet ist, die zu mindestens einer aus dem Material des Außenringes (19) gebildeten radialen Erhöhung (30) benachbart ist.
Rollenlager nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Bord (23) radial nach innen zur Rotationsachse (18a) des Rollenlagers (18) weist und dass das Lagesicherungselement (33) zumindest axial aus dem Bord (23) hervorsteht.