DE102006031956A1 - Zweireihiges Kugellager - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein zweireihiges Kugellager (1, 31, 35, 37) mit einem Innenring mit zwei Innenlaufbahnen und einem Außenring mit zwei Außenlaufbahnen, zwischen denen eine erste und eine zweite Reihe von Lagerkugeln (7, 6) abwälzen. Ein derartiges zweireihiges Kugellager zeichnet sich dadurch aus, dass die erste Reihe der Lagerkugeln (7) einem Vierpunkt-Kugellager (27) zugeordnet ist, wobei der Innenring (3) im Laufbahnbereich (18, 19) quer zu einer Lagerachse (23) geteilt ausgebildet ist.

Description

  • Anwendungsgebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein zweireihiges Kugellager mit einem Innenring mit zwei Innenlaufbahnen und einem Außenring mit zwei Außenlaufbahnen, zwischen denen eine erste und eine zweite Reihe von Lagerkugeln abwälzen.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Ein derartiges zweireihiges Kugellager in Form eines Tandem-Schrägkugellagers ist aus der EP 1 105 662 B1 vorbekannt. Unter Tandem-Anordnung ist dabei in fachgemäßer Weise zu verstehen, dass die Kugeldrucklinien beider Kugelreihen in die gleiche Richtung wirken. Die in 2 dieser Vorveröffentlichung dargestellte Kegelritzelwelle eines Verteilergetriebes weist einen abgestuften Schaft auf, an dessen rechtsseitigem Ende das Kegelritzel 4 liegt. Im Gehäuse 1 ist die Kegelritzelwelle 5 über zwei voneinander beabstandete Tandem-Schrägkugellager 16, 17 gehalten, die jeweils einstückige Lagerinnenringe 18 und einstückige Lageraußenringe 19 aufweisen, die je zwei Schultern 20, 21 besitzen. Die Lagerkugeln 22 und 23 weisen innerhalb der Lager 16 und 17 die gleiche Größe auf und sind jeweils in Lagerkäfigen 24 geführt. Der Figur ist weiter entnehmbar, dass innerhalb eines Lagers 16, 17 die nicht näher bezeichneten Laufbahnen der Lagerkugeln 22, 23 einen unterschiedlichen Durchmesser besitzen. Da in der Nähe des Kegelritzels 4 die größten radialen und axialen Belastungen auftreten, ist das Tandem- Schrägkugellager 16 wesentlich größer dimensioniert als das Tandem-Schrägkugellager 17. Durch die O-Anordnung der beiden Tandem-Schrägkugellager 16 und 17 zueinander ist sichergestellt, dass jeweils eines der Lager 16, 17 die Kraft in einer axialen Richtung aufnehmen kann, d.h., ein axiales Verschieben der Kegelritzelwelle 5 ist nicht möglich.
  • Nachteilig dabei ist dabei ist, dass jedes der beiden Tandem-Schrägkugellager 16, 17 jeweils nur in einer Richtung Axialkraft aufnehmen kann. Dies bedeutet, dass zur axialen Festlegung der Kegelritzelwelle zwei voneinander beabstandete Tandem-Schrägkugellager 16 und 17 verwendet werden müssen, was einen erheblich vergrößerten axialen Bauraum erfordert.
  • Auch aus der DE 84 05 082 U1 ist ein derartiges zweireihiges Kugellager in Form eines Doppel-Schrägkugellagers bereits vorbekannt. In den 1 bis 6 sind verschiedene Ausführungsformen zeichnerisch dargestellt. Die dort beschriebenen Doppel-Schrägkugellager sind jedoch auch nur in der Lage, axiale Kräfte aus einer Richtung aufzunehmen. Diese konkrete Aussage geht aus Seite 6 dieses Dokumentes hervor, in der festgestellt ist, dass bei allen Ausführungsbeispielen die Kraft von außen von oben links angreift, während die Gegenkraft rechts unten liegt. Nun ist zwar in den 5 und 6 ein geteilter Innenring dargestellt, der jedoch geteilt ausgeführt sein muss, um das Lager überhaupt zusammensetzten zu können. Dies ist der Seite 9 entnehmbar, in der ausgeführt ist, dass beide Kugelkäfige 40, 41 in einen Laufring eingesetzt werden müssen. Dies ist aber nur möglich, wenn der innere Laufring geteilt ausgeführt ist. Demnach kann dieser Vorveröffentlichung der Fachmann keinerlei Hinweis auf ein Vierpunkt-Kugellager entnehmen.
  • In diesem Zusammenhang ist aus den 4, 5 und 6 der EP 1 443 228 A1 die Lagerung einer Kegelritzelwelle bekannt geworden, bei der das Lager aus drei Kugelreihen besteht, die einen gemeinsamen Außenring und einen geteilten Innenring besitzen. Im Bereich der größten Belastung, d.h., im Bereich des Kegelritzels, sind zwei Lagerkugeln nebeneinander angeordnet, deren Kugeldrucklinien in eine Richtung verlaufen, d.h., die beiden Kugelreihen sind zuein ander tandemartig angeordnet und die Druckwinkel weisen das gleiche Verziehen auf. In axialer Richtung davon beabstandet ist eine dritte Kugelreihe vorhanden, deren Kugeldrucklinie genau in die andere Richtung verläuft, wobei beiden Kugelreihen zu einander in O-Anordnung angestellt sind. Dadurch ist sichergestellt, dass sich die Kegelritzelwelle in keine der beiden Axialrichtungen verschieben lässt. Nachteilig dabei ist jedoch, dass auch diese Lösung aufgrund ihrer drei voneinander beabstandeten Kugelkränze einen relativ großen axialen Bauraum erfordert.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Ausgehend von den Nachteilen des bekannten Standes der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Kugellager zu entwickeln, das optimal an gegebene Lastverhältnisse sowohl in axialer als auch in radialer Richtung einstellbar ist und das darüber hinaus noch einfach herstellbar und handhabbar ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein solches Lager möglichst Bauraum sparend auszugestalten.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen Oberbegriff dadurch gelöst, dass die erste Reihe der Lagerkugeln einem Vierpunkt-Kugellager zugeordnet ist, wobei der Innenring im Laufbahnbereich quer zu einer Lagerachse geteilt ausgebildet ist.
  • Vierpunkt-Kugellager haben in bekannter Weise am Innenring und am Außenring je zwei kreisbogenförmige Laufbahnen, deren Krümmungsmittelpunkte so gegeneinander versetzt sind, dass die Kugeln die Laufringe bei Belastung in vier Punkten berühren. Einer der beiden Laufringe, meistens der Innenring, ist geteilt, damit die Lagerkugeln eingefüllt werden können. Die Lager sind für wechselnde, rein axiale Belastung oder überwiegende Axiallast besonders geeignet.
  • Dieses Vierpunkt-Kugellager wird nun in erfindungsgemäßer Weise mit ande ren Kugellagerarten kombiniert, um sich auf unterschiedliche Belastungsfälle einstellen zu können. So ist beispielsweise nach Anspruch 2 vorgesehen, dass das der zweiten Reihe der Lagerkugeln zugeordnete Lager ein Schrägkugellager ist. Schrägkugellager nehmen in bekannter Weiser nur in einer Richtung Axialkräfte auf, so dass bei dieser Kombination von Vierpunkt-Kugellager und Schrägkugellager eine solche Lagerkombination insbesondere dann geeignet ist, wenn die Hauptkräfte in einer axialen Richtung wirken, in der entgegen gesetzten axialen Richtung die aufzufangende Kraft aber wesentlich geringer ist.
  • Nach Anspruch 3 soll das der zweiten Reihe der Lagerkugeln zugeordnete Lager ein Rillenkugellager sein. Bei Rillenkugellagern werden die Lagerkugeln im Innen- und im Außenring in tiefen Rillen geführt. Die radiale und axiale Tragfähigkeit ist gleichermaßen hoch, sie haben auch die höchsten Drehzahlgrenzen aller Lagerarten. Die Kombination Vierpunkt-Kugellager und Rillenkugellager wird insbesondere dann in vorteilhafter Weise angewendet, wenn der Hauptanteil der aufzunehmen Lagerkräfte in radialer Richtung liegt, gleichzeitig aber auch axial wirkende Kräfte aufzufangen sind.
  • Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung gemäß Anspruch 4 soll das der zweiten Reihe der Lagerkugeln zugeordneter Lager ein Schulterkugellager sein. Schulterkugellager sind im Aufbau dem Rillenkugellager sehr ähnlich. Sie unterscheiden sich lediglich im Außenring durch die vorhandene Schulter. Das Laufbahnprofil geht dabei einseitig am Rillengrund in eine kurze zylindrische Laufbahn über.
  • Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung gemäß Anspruch 5 ist es auch möglich, dass das der zweiten Reihe der Lagerkugeln zugeordnete Lager ebenfalls ein Vierpunkt-Kugellager ist, wobei der Innenring im Laufbahnbereich in diesem Fall auch quer zur Lagerachse geteilt ausgebildet ist. Mit anderen Worten, in diesem speziellen Fall ist der Lagerinnenring dreiteilig gestaltet.
  • Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus den Ansprüchen 6 und 7 hervor.
  • Nach Anspruch 6 ist vorgesehen, dass die Lagerkugeln einen gleichen oder einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisen, während aus Anspruch 7 hervorgeht, dass die Lagerkugeln einen gleichen oder unterschiedlichen Teilkreis aufweisen. Durch diese Kombination von unterschiedlich dimensionierten Lagerkugeln und unterschiedlich dimensionierten Teilkreisdurchmessern kann wiederum auf die jeweiligen Anwendungsfälle eingewirkt werden, d.h., das Lager kann in optimaler Weise an die vorgegebenen Betriebsbedingungen angepasst werden.
  • Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung gemäß Anspruch 8 sollen die Lagerkugeln in einem Käfig gehalten sein, wobei dieser nach Anspruch 9 wenigstens an einem axialen Ende mit einer radial gerichteten Haltenase versehen ist, die in eine zugehörige Nut eines der Lagerringe eingreift. Durch den Einsatz der Lagerkäfige wird dabei in bekannter Weise die Montage der Gesamtlageranordnung erleichtert und die Kugeln werden auf Abstand voneinander gehalten. Mit Hilfe der Haltenase und deren Einschnappen in eine Nut eines der Lagerringe ist der Vorteil verbunden, dass die aus mehreren Bauteilen zusammengesetzte Lagerbaueinheit unverlierbar zusammengehalten ist.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind.
  • Es zeigen:
  • 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Lager mit der Kombination Vierpunkt-Kugellager-Schrägkugellager,
  • 2 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kugellager mit der Kombination Vierpunkt-Kugellager-Rillenkugellager,
  • 3 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kugellager mit der Kombination Vierpunkt-Kugellager-Schulterkugellager,
  • 4 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kugellager mit der Kombination Vierpunkt-Kugellager-Vierpunkt-Kugellager und
  • 5 einen Längsschnitt durch ein Zahnrad mit einer der enfindungsgemäßen Lagerkombinationen.
  • Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
  • Das in 1 dargestellte Kugellager 1 besteht aus dem Außenring 2 und dem Innenring 3, zwischen denen in Käfigen 4, 5 geführte Lagerkugeln 6, 7 abwälzen. Der Außenring 2 besitzt die Schultern 8, 9, 10 so dass Außenlaufbahnen 11 und 12 gebildet sind. Die Außenlaufbahn 11 der Lagerkugeln 6 wird durch die Schulter 8 gestellt, während die rillenförmige Außenlaufbahn 12 durch die beiden in axialer Richtung voneinander beabstandeten Schultern 9 und 10 begrenzt ist. Zum Kugellager 1 gehört weiter der Innenring 3, der aus den beiden Teilringen 13 und 14 zusammengesetzt ist. Der Teilring 13 weist wiederum zwei in axialer Richtung voneinander beabstandete Schultern 15, 16 auf, so dass die Innenlaufbahnen 17, 18 für die Lagerkugeln 6, 7 gebildet sind. Die andere zugehörige Innenlaufbahn 19 wird vom Teilring 14 gestellt, wobei die beiden Teilringe 13, 14 in der Trennebene 20 aneinander liegen.
  • Die Lagerkugeln 6, 7 weisen einen unterschiedlichen Durchmesser und einen unterschiedlichen Teilkreisradius 21, 22 auf, wobei unter Teilkreisradius in bekannter Weise der radiale Abstand von der Lagerachse 23 bis zum Mittelpunkt der Lagerkugeln 6, 7 zu verstehen ist. Daraus leitet sich ab, dass der Teilkreisradius 21 größer als der Teilkreisradius 22 ist. Wie weiter erkennbar, greift der Käfig 5 der linksseitig angeordneten Lagerkugeln 7 mit seiner Haltenase 24 in eine umlaufende Nut 25 des Teilringes 13 ein. Das Kugellager 1 setzt sich demnach aus dem rechtsseitig angeordneten Schrägkugellager 26 und dem linksseitig angeordneten Vierpunkt-Kugellager 27 zusammen.
  • Wie weiter erkennbar, weist das Schrägkugellager 26 den Druckwinkel α auf, der vom Teilkreisradius 21 und von der Kugeldrucklinie 28 begrenzt ist. Das Vierpunkt-Kugellager 27 weist den Druckwinkel β1 auf, der im vorliegenden Fall vom Teilkreisradius 22 und von der Kugeldrucklinie 29 gebildet ist. Beide Kugeldrucklinien 28, 29 verlaufen parallel zueinander und treffen sich in einem nicht näher bezeichneten Punkt auf der Lagerachse 23. Zum Vierpunkt-Kugellager 27 gehört naturgemäß der Druckwinkel β2, der wiederum vom Teilkreisradius 22 und von der Kugeldrucklinie 30 gebildet ist. Dies bedeutet, die Druckwinkel α und β1 weisen das gleiche Vorzeichen auf, während der Druckwinkel β2 ein negatives Vorzeichen besitzt. Dieses Kugellager 1 ähnelt sehr dem bekannten Tandem-Schrägkugellager, wobei es aber im Gegensatz zu diesem axiale Kräfte in beiden Richtungen und auch radiale Kräfte aufnehmen kann. Die axiale Hauptlast ist durch den rechtseitig angeordneten starken Pfeil dargestellt, während die linksseitige aufzunehmende axiale Gegenkraft wesentlich geringer ist, was durch den etwas dünneren Pfeil zeichnerisch dargestellt ist.
  • Klassischer Anwendungsfall für dieses aus dem Vierpunkt-Kugellager 27 und dem Schrägkugellager 26 zusammengesetzte Lager 1 ist beispielsweise die Lagerung einer Kegelritzelwelle in einem Verteilergetriebe für Kraftfahrzeuge, wobei die Kegelritzelwelle aus Vereinfachungsgründen allerdings zeichnerisch nicht dargestellt ist. Im Zugbetrieb werden bei Übertragung des vollen Momentes aufgrund der Schrägverzahnung des Kegelritzels hohe axiale und radiale Kräfte auf die Lagerung 1 übertragen. Diese Situation entspricht dem rechtsseitig angeordneten starken Pfeil, wobei die von der Kegelritzelwelle ausgehende Kräfte vom Teilring 13 über dessen Innenlaufbahnen 17 und 18 auf den Außenring 2 über dessen Außenlaufbahnen 11, 12 übertragen werden. Im Schubbetrieb, den der linksseitig angeordnete dünnere Pfeil repräsentiert, sind die aufzunehmenden Momente deutlich geringer, jedoch wechselt das Vorzeichen der Axialkraft. Dies bedeutet, die geringere axial auftretende Kraft wird jetzt durch den Teilring 14 über dessen Innenlaufbahn 19 und die Lagerkugel 7 auf die Schulter 9 des Außenringes 2 übertragen. Es liegt auf der Hand, dass durch Variation von der Größe der Lagerkugel 6, 7, sowie deren Teilkreisradius 21, 22 und Variation der Druckwinkel α, β1 und β2 verschiedene Lagermodifikationen zusammengestellt werden können, die in sehr genauer Weise dem jeweiligen Anwendungsfall angepasst sind. Der Druckwinkel α kann dabei einen Wert zwischen 5 und 40 Grad und die Druckwinkel β1 und β2 einen Wert zwischen 5 und 30 Grad annehmen, wobei sich β1 und β2 auch in der Größe voneinander unterscheiden können.
  • Das in 2 dargestellte Kugellager 31 unterscheidet sich von dem in 1 dadurch, dass anstelle des Schrägkugellagers 26 ein Rillenkugellager 32 auf der rechten Seite angeordnet ist. Dies bedeutet, dass die Außenlaufbahn 11 durch die zusätzliche Schulter 34 und die Innenlaufbahn 17 durch die zusätzliche Schulter 33 begrenzt ist. Diese Lageranordndung wird man insbesondere dann verwenden, wenn die Hauptlast der angreifenden Kräfte in radialer Richtung auftritt, während in axialer Richtung nur relativ geringe Kräfte aufzunehmen sind. Diese werden wiederum in beiden Richtungen durch das bereits vorstehend ausführlich beschriebene Vierpunkt-Kugellager 27 und das Rillenkugellager 31 aufgefangen.
  • Das in 3 zeichnerisch dargestellte Kugellager 35 unterscheidet sich von dem in 1 dargestellten Kugellager 1 lediglich dadurch, dass die Lagerkugeln 6, 7 einen gleichen Teilkreisradius 21, 22 aufweisen und in einem gemeinsamen Käfig 36 untergebracht sind. Einteilige Käfige sind dann sinnvoll, sofern die Teilkreis- und Lagerkugeldurchmesser so aufeinander abgestimmt sind, dass die Relativdrehzahlen beider Kugelreihen gleich ist.
  • Das in 4 dargestellte Kugellager 37 zeichnet sich dadurch aus, dass zwei Vierpunkt-Kugellager 27, 38 nebeneinander angeordnet sind. Dies hat zur Folge, dass in diesem Ausführungsbeispiel der Innenring 3 in drei Einzelbestandteile zerfällt, nämlich den Teilring 40, der die Innenlaufbahn 42 bildet, den Teilring 41, der die Innenlaufbahnen 43 und 18 stellt und den Teilring 14, der wiederum die Innenlaufbahn 19 stellt. Wie beim linksseitig angeordneten Vier punkt-Kugellager 27 ist auch beim rechtsseitig angeordenten Vierpunkt-Kugellager 38 die Trennung des Innenringes 3 im Bereich der Innenlaufbahnen 42, 43 vorgenommen.
  • Schließlich ist in 5 eine Lageranordnung gezeigt, die dem Kugellager 35 gemäß 3 gleicht. Der einzige Unterschied liegt darin, dass in diesem Ausführungsbeispiel auf den Außenring 2 verzichtet ist, da die Innenkontur eines Zahnrades 44, welches auf der Hohlwelle 45 angeordnet ist, den Außenring 2 ersetzt.
  • 1
    Kugellager
    2
    Außenring
    3
    Innenring
    4
    Käfig
    5
    Käfig
    6
    Lagerkugel
    7
    Lagerkugel
    8
    Schulter
    9
    Schulter
    10
    Schulter
    11
    Außenlaufbahn
    12
    Außenlaufbahn
    13
    Teilring
    14
    Teilring
    15
    Schulter
    16
    Schulter
    17
    Innenlaufbahn
    18
    Innenlaufbahn
    19
    Innenlaufbahn
    20
    Trennebene
    21
    Teilkreisradius
    22
    Teilkreisradius
    23
    Lagerachse
    24
    Haltenase
    25
    Nut
    26
    Schrägkugellager
    27
    Vierpunkt-Kugellager
    28
    Kugeldrucklinie
    29
    Kugeldrucklinie
    30
    Kugeldrucklinie
    31
    Kugellager
    32
    Rillenkugellager
    33
    Schulter
    34
    Schulter
    35
    Kugellager
    36
    Käfig
    37
    Kugellager
    38
    Vierpunkt-Kugellager
    39
    Trennebene
    40
    Teilring
    41
    Teilring
    42
    Innenlaufbahn
    43
    Innenlaufbahn
    44
    Zahnrad
    45
    Hohlwelle
    α
    Druckwinkel
    β1, β2
    Druckwinkel

Claims (9)

  1. Zweireihiges Kugellager (1, 31, 35, 37) mit einem Innenring mit zwei Innenlaufbahnen und einem Außenring mit zwei Außenlaufbahnen, zwischen denen eine erste und eine zweite Reihe von Lagerkugeln (7, 6) abwälzen, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Reihe der Lagerkugeln (7) einem Vierpunkt-Kugellager (27) zugeordnet ist, wobei der Innenring (3) im Laufbahnbereich (18, 19) quer zu einer Lagerachse (23) geteilt ausgebildet ist.
  2. Zweireihiges Kugellager (1, 35) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das der zweiten Reihe der Lagerkugeln (6) zugeordnete Lager ein Schrägkugellager (26) ist.
  3. Zweireihiges Kugellager (31) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das der zweiten Reihe der Lagerkugeln (6) zugeordnete Lager ein Rillenkugellager (32) ist.
  4. Zweireihiges Kugellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das der zweiten Reihe der Lagerkugeln zugeordnete Lager ein Schulterkugellager ist.
  5. Zweireihiges Kugellager (37) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das der zweiten Reihe der Lagerkugeln (6) zugeordnete Lager ein Vierpunkt-Kugellager (38) ist, wobei der Innenring (3) im Laufbahnbereich (42, 43) quer zur Lagerachse (23) geteilt ausgebildet ist.
  6. Zweireihiges Kugellager (1, 31, 35, 37) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerkugeln (6, 7) einen gleichen oder einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisen.
  7. Zweireihiges Kugellager (1, 31, 35, 37) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerkugeln (6, 7) einen gleichen oder einen unterschiedlichen Teilkreisradius (21, 22) aufweisen.
  8. Zweireihiges Kugellager (1, 31, 35, 37) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerkugeln (6, 7) in einem Käfig (4, 5, 36) gehalten sind.
  9. Zweireihiges Kugellager (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Lagerkäfige (5) an einem axialen Ende mit wenigstens einer radial gerichteten Haltenase (24) versehen ist, die in eine zugehörige Nut (25) eines der Lagerringe (3) eingreift.
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