DE102005044577A1

DE102005044577A1 - Wälzlager

Info

Publication number: DE102005044577A1
Application number: DE102005044577A
Authority: DE
Inventors: Andreas Kaiser
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2005-09-17
Filing date: 2005-09-17
Publication date: 2007-03-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager (1), im Wesentlichen bestehend aus einem Außenring (2) und einem Innenring (3) mit zwischen diesen in einem Lagerkäfig (5) geführten Rollkörpern (4). Um einen einfachen technischen Aufbau des Wälzlagers (1) zu realisieren, das verschleißarm ist und bei dem die Laufgeräusche erheblich vermindert sind, ist zwischen jeweils zwei benachbarten, zu führenden Rollkörpern (4) größeren Durchmessers im Lagerkäfig (5) mindestens ein weiterer Rollkörper (6) kleineren Durchmessers gelagert und befindet sich in einem Punkt-Linien-Kontakt mit den zu führenden Rollkörpern (4). Hierbei weist der mindestens eine Rollkörper (6) kleineren Durchmessers stets eine gegenläufige Drehrichtung zu den benachbarten, zu führenden Rollkörpern (4) auf.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Wälzlager, im Wesentlichen bestehend aus einem Außenring und einem Innenring mit zwischen diesen in einem Lagerkäfig geführten Rollkörpern.

Hintergrund der Erfindung

Lagerkäfige für Wälzlager sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Die DE 100 21 089 A1 zeigt einen relativ einfachen Käfig für Wälzlager, der zwei zueinander beabstandete Ringkörper aufweist, die durch eine Vielzahl von Stegen voneinander getrennt sind, wobei jeweils zwei benachbarte Stege Taschen zur Aufnahme jeweils eines Wälzkörpers bilden. Einen ähnlichen Lagerkäfig offenbart die DE 197 38 331 A1 , wobei sich in den Taschen zwischen den Ringkörpern Führungsflächen axial längs der Querstege und eines Teils der Endränder der Ringkörper sowie in Umfangsrichtung eines Teils des Endes der Wälzkörpertaschen erstrecken.

Ein technisch aufwendiger Lagerkäfig ist aus der DE 100 30 268 A1 bekannt, bei der die Seitenringkörper mit gleichmäßig in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten, die Wälzkörper trennenden Stegstummeln versehen sind.

Die Lagerkäfige werden in Wälzlagern in unterschiedlicher Weise angeordnet. So zeigt beispielsweise die DE 10 2004 033 875 A1 ein Wälzlager mit doppelter Reihe, also zwei Sätzen von Wälzkörpern, die zwischen zwei Innenringen und einem Außenring angeordnet sowie jeweils von Lagerkäfigen umgeben sind.

Nachteilig bei den meisten Wälzlagern ist, dass bei den Lageranordnungen eine Gleitreibung entsteht, die zu einem höheren Verschleiß und Laufgeräuschen führt. Bei vielen Kugel- und Rollenlagern gelangen die Rollelemente während des Betriebs des Lagers zudem in Kontakt miteinander, so dass diese an den Berührungsstellen gegeneinander drehen. Dies führt ebenfalls zu Verschleiß, Laufgeräuschen, Erwärmung und Schlupf.

Weiterhin ist es bekannt, in Wälzlagern Wälzkörper unterschiedlicher Art und Größe zu verwenden. Die DE 196 17 247 A1 bezieht sich auf ein Radiallager, bestehend aus einem inneren und einem äußeren Laufring sowie zwischen diesen in einem Käfig geführten Wälzkörpern, wobei der Käfig aus zwei Seitenringen besteht, die durch Verbindungselemente auf Abstand und aneinander gehalten sind und die Verbindungselemente durch eine zentrische Bohrung in den Wälzkörpern hindurchgeführt sind. Weiterhin ist zwischen Stirnflächen der Wälzkörper je ein als Axiallager ausgebildetes Wälzlager mit kleinen Wälzkugeln angeordnet: Dieses Lager ist sehr aufwendig zu realisieren, da sowohl die Seitenringe des Lagerkäfigs als auch die größeren Wälzkörper Laufbahnen für die kleineren Wälzkugeln aufweisen müssen.

Ein Achsrollenlager gemäß der DE 198 41 595 A1 weist eine ungerade Anzahl von Wellenringen zwischen einer Achse und einem Achsring auf, wobei die Rollenelemente des mittleren Wellenringes zweigestuft ausgebildet sind.

Dabei rollt ein Rollenelement des äußeren Wellenringes am Achsring sowie am größeren Durchmesser zweier gestufter, innen benachbarter Rollenelemente ab. Entsprechend rollt der kleinere Durchmesser eines mittleren Rollenelementes an zwei ihm innen benachbarter Rollenelemente ab. Schließlich rollt der innere Wellenring die nunmehr reduzierte Fläche an der Achse ab. Dementsprechend gleichen die Wellenringe die auftretende Flächenabrolldifferenz zwischen Achse und Achsring aus, so dass Gleitreibung vermieden bzw. durch Rollreibung ersetzt wird. Allerdings benötigt ein solches Lager einen sehr großen Bauraum, da eine ungerade Anzahl von mindestens drei Wellenringen erforderlich ist. Daher ist dieses Lager für nur spezielle Anwendungsfälle geeignet. Bei der Vielzahl der vorhandenen Wellenringe und Rollkörper bleiben ist mit erhöhten Laufgeräuschen sowie eine in Summe vergleichsweise große Rollreibung zu rechnen.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wälzlager der eingangs genannten Art zu schaffen, das einen einfachen technischen Aufbau besitzt, sowie verschleißarm ist und Laufgeräusche erheblich vermindert.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei vielen Wälzlagertypen mit rollenden Elementen, wie Kugeln, Rollen, Nadeln, Zylinder usw., Gleitreibung verursacht wird, die zu vorzeitigem Verschleiß, hohen Laufgeräuschen, Schlupf und Erwärmung des Lagers führt. Daher ist ein reibungsarmer Punkt-Linien-Kontakt zwischen den Rollkörpern und den sie umgebenden Bauteilen anzustreben.

Die Erfindung geht gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 daher aus von einem Wälzlager, im Wesentlichen bestehend aus einem Außenring und einem Innenring, mit zwischen diesen in einem Lagerkäfig geführten Rollkörpern. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zwischen jeweils zwei benachbarten, zu führenden Rollkörpern größeren Durchmessers im Lagerkäfig mindestens ein weiterer Rollkörper kleineren Durchmessers gelagert ist und sich in einem Punkt-Linien-Kontakt mit den zu führenden Rollkörpern befindet, wobei der mindestens eine Rollkörper kleineren Durchmessers stets eine gegenläufige Drehrichtung der benachbarten, zu führenden Rollkörper bewirkt.

Durch diesen Aufbau wird vorteilhaft erreicht, dass der mindestens eine Rollkörper kleineren Durchmessers sich genau entgegengesetzt zu den Drehrichtungen der beiden zu führenden Rollkörper größeren Durchmessers dreht. Anstelle von Gleitreibung der zu führenden benachbarten Rollkörper miteinander oder am Lagerkäfig entsteht so nur eine Rollreibung zwischen den zu führenden Rollkörpern und dem mindestens einen Rollkörper kleinern Durchmessers, da sich diese lediglich in einem Punkt-Linien-Kontakt miteinander befinden.

Wäre der mindestens eine Rollkörper nicht vorhanden, hätten die zwei benachbarten, zu führenden Rollkörper zumindest im Betrieb Gleitreibungskontakt miteinander und würden an deren Berührungsstelle gegeneinander drehen. Durch das erfindungsgemäße Wälzlager wird die Gleitreibung vermieden. Dies führt zu einem geringeren Verschleiß und reduzierten Laufgeräuschen sowie darüber hinaus zu einer geringeren Erwärmung und Schlupf des Lagers. Die im Wälzlager vorgesehenen Rollkörper kleineren Durchmessers dienen somit der Führung der hoch belasteten Rollkörper größeren Durchmessers und müssen daher selbst keine großen Belastungskräfte tragen.

Außerdem kann vorgesehen sein, dass ein Teilkreis der zu führenden Rollkörper größeren Durchmessers größer ist als ein Teilkreis von mehreren Rollkörpern kleineren Durchmessers. Dadurch wird durch eine Zentrifugalkraft auf die Rollkörper kleineren Durchmessers Vorspannung in das Lager gebracht. Mit steigender Drehzahl steigt die Vorspannung an.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der mindestens eine Rollkörper oder mehrere Rollkörper kleineren Durchmessers derart im Lagerkäfig angeordnet sind, dass diese in radialer Lagerrichtung nicht über die benachbarten, zu führenden Rollkörper größeren Durchmessers hinausragen. Dadurch wird sichergestellt, dass die Rollkörper kleineren Durchmessers nicht in Gleitreibungskontakt mit dem Außenring bzw. Innenring des Wälzlagers gelangen. Je näher der Rollkörper kleineren Durchmessers am Kreismittelpunkt der Rollkörper größeren Durchmessers liegt, desto weniger resultierende Radialkräfte können entstehen, zum Beispiel bei einer Vorspannung des Wälzlagers.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wälzlagers ist der mindestens eine Rollkörper kleineren Durchmessers vorzugsweise als Kugel, Zylinderrolle oder Nadel ausgebildet. Somit können je nach Anwendungsfall verschiedenen Ausführungsvarianten des Wälzlagers gestaltet werden. Beispielsweise bei einem Kugellager sind die zu führenden Rollkörper größeren Durchmessers als Kugeln und die Rollkörper kleineren Durchmessers als Rollen oder Nadeln ausgebildet. Bei einem Rollenlager hingegen sind die die zu führenden Rollkörper größeren Durchmessers als Rollen und die Rollkörper kleineren Durchmessers als Kugeln oder Rollen ausgebildet.

Zweckmäßigerweise ist der mindestens eine Rollkörper kleineren Durchmessers in eine Tasche des Lagerkäfigs eingebracht. Hierzu wird der Rollkörper einfach in die Lagerkäfigtasche eingeklickt, ebenso wie die Rollkörper großen Durchmessers, so dass das Wälzlager auch kostengünstig hergestellt werden kann. Gegebenenfalls kann der Lagerkäfig als Bolzenkäfig ausgebildet sein.

Zur Erzeugung eines Punkt-Linien-Kontaktes am Umfang der rotierenden Bauteile ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung das Wälzlager vorgespannt. Über die Vorspannung wird ein Umfangskontakt aller Rollkörper untereinander sowie der Rollkörper größeren Durchmessers zum Außenring und Innenring erzeugt, womit diese Teile allesamt in gleichmäßiger Rotation gehalten werden. Auf Grund der Vorspannung sind die zu führenden Rollkörper spielfrei gelagert und verursachen weniger Laufgeräusche.

Ferner kann vorgesehen werden, dass die zu führenden Rollkörper größeren Durchmessers und/oder der mindestens eine Rollkörper kleineren Durchmessers aus einem Metallmaterial oder nichtmetallischen Material bestehen oder gegebenenfalls deren Rollflächen mit einem Reibungsbelag versehen sind. Die Ausbildung der Rollkörper aus einem nichtmetallischen Material, zum Beispiel aus einem Gummi, beziehungsweise das Aufbringen beispielsweise eines gummierten Reibungsbelages auf deren Rollflächen kann gezielt die Rollreibung erhöhen respektive Vorspannung in das Lager einbringen.

Gemäß einer weiterführenden Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wälzlagers sind bei Vorhandensein von mehr als einem Rollkörper kleineren Durchmessers zwischen zwei benachbarten, zu führenden Rollkörpern größeren Durchmessers die Rollkörper kleineren Durchmessers in radialer Lagerrichtung hintereinander und ohne sich zu berühren angeordnet. Damit wird einerseits der Punkt-Linien-Kontakt der Rollkörper kleineren Durchmessers zu den zu führenden benachbarten Rollkörpern größeren Durchmessers sichergestellt, aber andererseits der Kontakt zwischen den sich gleichläufig drehenden Rollkörpern kleineren Durchmessers vermieden, die andernfalls aneinander gleitend reiben würden.

Gemäß einer bevorzugten weiterführenden Ausgestaltung ist bei mindestens einem der zu führenden Rollkörper größeren Durchmessers eine Gleitbahn für mindestens einen der mehreren Rollkörper kleineren Durchmessers vorgesehen. Diese Gleitbahn bzw. Führungsbahn gewährleistet bzw. sorgt für einen definierten Sitz des Rollkörpers kleineren Durchmessers.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einigen Ausführungsformen näher erläutert. Darin zeigt
1 einen perspektivischen Teilabschnitt des erfindungsgemäßen Wälzlagers in einer ersten Ausführungsform,
2 eine schematische Ansicht des Wälzlagers gemäß 1,
3 einen perspektivischen Teilabschnitt des erfindungsgemäßen Wälzlagers in einer zweiten Ausführungsform,
4 eine schematische Ansicht des Wälzlagers gemäß 3,
5 eine schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Wälzlagers in einer weiteren Ausführungsform, bei dem ein Teilkreis der zu führenden Rollkörper größer ist als der Teilkreis der Rollkörper kleiner Durchmessers,
6 einen perspektivischen Teilabschnitt des erfindungsgemäßen Wälzlagers in einer weiteren Ausführungsform mit einer Gleitbahn an einem der zu führenden Rollkörper.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Die in den 1 bis 4 gezeigten Wälzlager 1 weisen gemäß den 1 und 3 einen Außenring 2 und einen Innenring 3 auf, die zur besseren Verdeutlichung durch Strich-Punkt-Strich-Linien schematisch dargestellt sind. Zwischen diesen Lagerringen 2, 3 ist ein Satz von Wälzkörpern angeordnet, die aus benachbarten walzenartigen Rollkörpern 4 größeren Durchmessers bestehen, die unter Einhaltung eines bestimmten Abstandes zueinander angeordnet sind. Die Rollkörper 4 größeren Durchmessers werden, wie aus den 1 und 3 ersichtlich ist, in einem Lagerkäfig 5 geführt, dessen Höhe kleiner ist als der Durchmesser der darin zu führenden Rollkörper 4.
Bei der Ausführungsform des Wälzlagers gemäß 1 sind in den Lagerkäfig 5 zwei radial übereinander angeordnete und zueinander beabstandete Rollkörper 6 kleineren Durchmessers eingesteckt, die als Nadeln ausgebildet sind. Die Mantelflächen dieser Rollkörper 6 kleineren Durchmessers befinden sich in Linien-Kontakt mit den Mantelflächen der beiden benachbarten Rollkörper 4 größeren Durchmessers. Beim Betrieb des Wälzlagers 1 ergeben sich die in 2 dargestellten Drehrichtungen der Rollkörper 4 und 6.
Bei der Ausführungsform des Wälzlagers 1 gemäß 3 ist im Lagerkäfig 5 ein einzelner Rollkörper 6 kleineren Durchmessers eingesteckt, der als Nadel ausgebildet ist. Die Mantelfläche dieses Rollkörpers 6 kleineren Durchmessers befindet sich in Linien-Kontakt mit den Mantelflächen der beiden benachbarten Rollkörper 4 größeren Durchmessers. Beim Betrieb des Wälzlagers 1 ergeben sich die in 4 durch Pfeile dargestellten Drehrichtungen der Rollkörper 4 und 6.
Bei der Ausführungsform des Wälzlagers 1 gemäß 5 ist ein Teilkreis 7 der zu führenden Rollkörper 4 größer als der Teilkreis 8 der Rollkörper kleiner Durchmessers 6.
Bei der Ausführungsform des Wälzlagers 1 nach 6 sind Gleitbahnen 9 an den zu führenden Rollkörper 4 vorgesehen, in welchen die Rollkörper 6 kleineren Durchmessers geführt sind.

1: Wälzlager
2: Außenring
3: Innenring
4: Rollkörper größeren Durchmessers
5: Lagerkäfig
6: Rollkörper kleineren Durchmessers
7: Teilkreis von (4)
8: Teilkreis von (6)
9: Gleitbahn an (4) für (6)
Fz: Zentrifugalkraft
Fv: Vorspannung

Claims

Wälzlager, im Wesentlichen bestehend aus einem Außenring (2) und einem Innenring (3) mit zwischen diesen in einem Lagerkäfig (5) geführten Rollkörpern (4), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jeweils zwei benachbarten, zu führenden Rollkörpern (4) größeren Durchmessers im Lagerkäfig (5) mindestens ein weiterer Rollkörper (6) kleineren Durchmessers gelagert ist und sich in einem Punkt-Linien-Kontakt mit den zu führenden Rollkörpern (4) befindet, wobei die Drehrichtung des mindestens einen Rollkörpers (6) kleineren Durchmessers stets gegenläufig zu der Drehrichtung der benachbarten, zu führenden Rollkörper (4) ist.
Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teilkreis der zu führenden Rollkörper (4) größeren Durchmessers größer ist als ein Teilkreis von mehreren Rollkörpern (6) kleineren Durchmessers.
Wälzlager nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Rollkörper (6) oder mehrere Rollkörper (6) kleineren Durchmessers derart im Lagerkäfig (5) angeordnet sind, dass diese in radialer Lagerrichtung nicht über die benachbarten, zu führenden Rollkörper (4) größeren Durchmessers hinausragen.
Wälzlager nach einemder voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Rollkörper (6) kleineren Durchmessers vorzugsweise als Kugel, Zylinderrolle oder Nadel ausgebildet ist.
Wälzlager nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Rollkörper (6) kleineren Durchmessers in eine Tasche des Lagerkäfigs (5) eingebracht ist.
Wälzlager nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung eines Punkt-Linien-Kontaktes am Umfang der rotierenden Bauteile das Wälzlager (1) vorgespannt ist.
Wälzlager nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zu führenden Rollkörper (4) größeren Durchmessers und/oder der mindestens eine Rollkörper (6) kleineren Durchmessers aus einem Metallmaterial oder nichtmetallischen Material bestehen oder gegebenenfalls deren Rollflächen mit einem Reibungsbelag versehen sind.
Wälzlager nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorhandensein von mehr als einem Rollkörper (6) kleineren Durchmessers zwischen zwei benachbarten, zu führenden Rollkörpern (4) größeren Durchmessers die Rollkörper (6) kleineren Durchmessers in radialer Lagerrichtung hintereinander und ohne sich zu berühren angeordnet sind.
Wälzlager nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei mindestens einem der zu führenden Rollkörper (4) größeren Durchmessers eine Gleitbahn für mindestens einen der mehreren Rollkörper (6) kleineren Durchmessers vorgesehen ist.