DE102007056279A1

DE102007056279A1 - Kugelkäfig mit länglichen Zellen und Schrägkugellager mit einem solchen Käfig

Info

Publication number: DE102007056279A1
Application number: DE102007056279A
Authority: DE
Inventors: Jean-Michel Beauprez
Original assignee: Societe Nouvelle de Roulements SNR SA
Current assignee: NTN SNR Roulements SA
Priority date: 2006-11-22
Filing date: 2007-11-22
Publication date: 2008-05-29
Also published as: FR2908849A1; BRPI0705355A; US20080279494A1; FR2908849B1

Abstract

Ein Schrägkugellager umfasst zwei Kugellagerringe, zwischen denen Kugeln 24 angeordnet sind, deren Mittelpunkte auf einem Erzeugungskreis des Lagers angeordnet sind, wobei die Kontaktpunkte der Kugeln mit den beiden Laufbahnkreisen auf einem Kontaktkegel verteilt sind. Ein Kugelkäfig hält die Kugeln zurück und umfasst eine Vielzahl von Zellen 32 zur Aufnahme der Kugeln. Jede Zelle umfasst zwei konkave entgegengesetzte Wände 36A, 36B in Form von kugelförmigen Kugelkappen mit Radius R, wobei sich die Mittelpunkte 40A, 40B der beiden Kugelkappen auf einer gleichen radialen Ebene im Abstand voneinander entlang einer Achse 42 befinden, die im Verhältnis zur Drehachse des Lagers schräg liegt. Durch die längliche Form der Zellen können die Reibungen zwischen diesen und den Kugeln verringert werden.

Description

TECHNISCHER BEREICH DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf einen Kugelkäfig für Schrägkugellager und auf ein Lager, das einen solchen Käfig umfaßt.
STAND DER TECHNIK
Die Schrägkugellager, wie insbesondere die Federungsspurlager, sind im allgemeinen mit einem Kugelkäfig aus Polyamid mit Zellen für die Halterung der Kugeln ausgerüstet. Diese Zellen haben Wände in Form von kugelförmigen Kugelkappen mit einem leicht größeren Radius als derjenige der Kugeln. Die Kanten dieser Wände bilden Öffnungen, deren durch die Dicke des Kugelkäfigs vorgeschriebenen Abmessungen etwas kleiner als der Durchmesser der Kugeln sind. Somit können die Kugeln unter Krafteinwirkung in die Zellen eingesetzt werden, deren Kanten sich beim Einsetzen elastisch verformen, und dann werden sie im Innern der Zellen zurückgehalten. In der Praxis wird ein relativ starkes Reiben zwischen den Kugeln und den Wänden des Kugelkäfigs festgestellt, was ein Gegenmoment induziert, das sich der freien Drehung des Lagers widersetzt. Diese Reibung ist um so stärker, als die Fertigungstoleranzen bezüglich der Ringe dazu führen können, wegen Maßstreuungen aus ihrer idealen Bahn herauszutreten. Insbesondere liegen die Mittelpunkte der Kugeln nicht notwendigerweise alle auf einer gleichen zur Drehachse des Lagers senkrecht verlaufenden Ebene, und manche Kugeln können sich vorübergehend der Drehachse des Lagers annähern oder sich von ihr entfernen. Abweichungen gegenüber der idealen Bahn können auch durch Montagespiele und Belastungen des Lagers auftreten.
Es ist natürlich möglich, zur Verringerung dieser Reibung den Radius der Zellen für einen gegebenen Kugeldurchmesser zu vergrößern. Bei einer solchen Vergrößerung muß die Dicke des Kugelkäfigs erhöht werden, um geringere Abstandskanten als der Kugeldurchmesser zu erhalten. Eine solche Vergrößerung ist nicht wünschenswert, denn sie erhöht die Selbstkosten des Kugelkäfigs, sein Gewicht und sein Trägheitsmoment.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung ist also darauf gerichtet, die Nachteile des Stands der Technik zu beheben und eine Konfiguration eines Kugelkäfigs vorzuschlagen.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung bezieht diese sich auf einen Kugelkäfig für Schrägkugellager mit im allgemeinen einer Ringform, die eine Drehachse des Lagers beschreibt, wobei der Kugelkäfig eine Vielzahl von Zellen umfaßt, die für die jeweilige Aufnahme einer Kugel bestimmt sind, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Zellen zwei entgegengesetzte konkave Wände umfaßt, wobei jede dieser beiden Wände die Form einer kugelförmigen Kugelkappe mit einem Radius R hat, der einen Mittelpunkt definiert, dessen Entfernung zur entgegengesetzten Wand größer als R ist, wobei sich die Mittelpunkte der beiden Kugelkappen in einer gleichen radialen Ebene in Entfernung voneinander befinden, wobei einer der Mittelpunkte näher an der Drehachse des Lagers ist als der andere.
Bei einem Schnitt in einer durch die beiden Mittelpunkte der Zelle gehenden Ebene hat diese eine längliche Form. Somit wird ein Spiel gebildet, dessen Maß deutlich gleich dem Abstand zwischen den beiden Mittelpunkten der Zelle ist. Die Mittelpunkte der beiden Kugelkappen befinden sich in unterschiedlichen Abständen von der Drehachse, was einen Ausschlag in radialer Richtung zuläßt, wo die Maßstreuungen am deutlichsten sind.
Bevorzugterweise sind die beiden kugelförmigen Kugelkappen mit zwei Facetten des zylinderförmigen Mantels mit Radius R und mit einer Höhe gleich dem Abstand zwischen den Mittelpunkten der beiden Kugelkappen verbunden. Diese beiden Facetten bestimmen ein geringes Spiel für die Positionierung der Kugeln in Richtung der Tangente zum ursprünglichen Lagerkreis, was die Haltung der Kugeln in ihrer Position begünstigt.
Nach einem Ausführungsmodus befinden sich die Mittelpunkte der beiden Kugelkappen nicht in einer gleichen senkrecht zur Drehachse verlaufenden Ebene.
Bevorzugterweise haben alle Zellen eine identische Form, was die einfache Montage ohne Auflagen für die Positionierung ermöglicht.
Vorteilhafterweise besteht der Kugelkäfig aus einem Teil aus thermoplastischem Material mit einer gewissen Elastizität, was ermöglicht, die Kugeln mit Kraft in die Zellen einzusetzen.
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung bezieht sich diese auf ein Schrägkugellager, das zwei Kugellagerringe umfaßt, zwischen denen Kugeln angeordnet sind, deren Mittelpunkte über einen Erzeugungswälzkreis verteilt sind, wobei die Berührungspunkte der Kugeln mit den beiden Wälzkreisen auf einem Kontaktkegel verteilt sind, sowie ein solcher Kugelkäfig, wie vorher beschrieben. Die Mittelpunkte der beiden Kugelkappen befinden sich auf einer deutlich senkrecht zum Kontaktkegel verlaufenden Achse. Dies ermöglicht insbesondere, den Verschiebungen der Kugeln in radialer und axialer Richtung zu folgen. Die in der, Zellen aufgenommenen Kugeln haben einen leicht geringeren Querschnitt als 2R. Vorteilhafterweise bilden die Wände jeder Zelle zumindest eine geschlossene Kante, deren größte Abmessung geringer als der Durchmesser der in der Zelle aufgenommenen Kugel ist. Vorteilhafterweise sind die beiden kugelförmigen Kugelkappen jeder Zelle auf einer beziehungsweise auf der anderen Seite einer senkrecht zur Drehachse des Lagers verlaufenden Ebene angeordnet, die den Erzeugungskreis umfaßt, wobei die schräge Achse den Erzeugungskreis schneidet, wobei der Kreuzpunkt zwischen der schrägen Achse und dem Erzeugungskreis deutlich die Mitte der beiden Mittelpunkte sind.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Weitere Vorteile und Merkmale werden aus der nachfolgenden Beschreibung von besonderen Ausführungsmodi der Erfindung hervorgehen, die als Beispiele ohne Beschränkung angeführt und auf den Zeichnungen im Anhang wie folgt dargestellt werden:
Die 1 stellt in einem Axialschnitt einen Anschlag eines Federungsbeins nach einem Ausführungsmodus der Erfindung dar;
Die 2 stellt einen Kugelkäfig eines Lagers dar, der am Anschlag der 1 verwendet wird.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EINES AUSFÜHRUNGSMODUS
Unter Bezugnahme auf die 1 umfaßt ein Anschlag ein Bein einer Teleskopfederung 10 eines Schrägkugellagers 12, das zwischen einem unteren Schälchen 14 aus Synthetikmaterial und einem Deckel 16 untergebracht ist. Das untere Schälchen 14 dient als Sitz einer Schraubenfeder 18 des Federungsbeins, während der Deckel 16 direkt oder indirekt am Aufbau des Fahrzeugs befestigt ist.
Das Kugellager 12 besteht aus einer unteren Unterlegscheibe 20 und einer oberen Unterlegscheibe 22, beide aus tiefgezogenem Stahl, die Laufbahnkreise mit Schrägkontakt für Kugeln 24 bilden. Die Geometrie der Laufbahnkreise ist dergestalt, daß im Leerzustand jede Kugel an zwei Punkten in Berührung mit den Laufbahnkreisen ist, die sich auf einer Kontaktlinie 26 befinden, wobei die Kontaktlinien der einzelnen Kugeln ferner auf einem gleichen Kontaktkegel sind. Es wird darauf hingewiesen, daß die das Lager 12 bildenden Unterlegscheiben 20, 22 eine hohe Steifigkeit aufweisen und bevorzugterweise aus tiefgezogenem Stahl gebildet sind.
Ferner sichert ein Kugelkäfig 30 die Halterung und die relative Positionierung der Kugeln 24 im Lager. Der Kugelkäfig 30, der auf der 2 detailliert zu sehen ist, besteht bevorzugt aus einem Teil aus thermoplastischem Material, zum Beispiel aus Polyamid, das Zellen 32 umfaßt, die jeweils eine Kugel 24 des Lagers aufnehmen. Die Zellen 32 können gegebenenfalls durch Ausnehmungen 34 voneinander getrennt sein, die nur die Funktion haben, das Gewicht und das Trägheitsmoment des Kugelkäfigs zu begrenzen. Jede Zelle 32 wird aus zwei konkaven Flächen 36A, 36B mit der Form von kugelförmigen Kugelkappen gebildet, die sich gegenüber stehen und mit den zylinderförmigen Anschlußflächen 38 verbunden sind.
Die kugelförmigen Kugelkappen 36A, 36B haben einen mit R identischen Radius und beschreiben jeweils einen Mittelpunkt 40A, 40B. Es ist bemerkenswert, daß die beiden so für jede Zelle definierten Mittelpunkte 40a, 40B so voneinander entfernt sind, daß sie sich in einem Abstand von der entgegengesetzten Fläche befinden, der größer als der Radius R ist. Spezifischer ausgedrückt befinden sich die Mittelpunkte 40A, 40B auf einer geometrischen Achse 42, die sich in einer radialen Ebene vom Lager befindet, und erstreckt sich auf einer senkrecht zum Kontaktkonus verlaufenden Ebene, die von der Kontaktlinie 26 definiert wird. Die Mitte 41 der beiden Mittelpunkte 40A, 40B befindet sich bevorzugt auf dem Erzeugungskreis. Durch Konstruktion fällt die durch die Mittelpunkte 40A, 40B gehende Achse 42 mit der Achse des Zylinders zusammen, der den Mantel der Facetten 38 bildet. Die beiden Mittelpunkte 40A, 40B befinden sich zu beiden Seiten einer medianen Ebene 44 des Kugelkäfigs senkrecht zur Drehachse des Lagers, die sich als koplanar zum Erzeugungskreis des Lagers herausstellt. Somit wird ein Spiel parallel zur Achse 42 geschaffen, das der Höhe der zylinderförmigen Flächen 38 und dem Abstand zwischen den Mittelpunkten 40A, 40B entspricht, was den in den Zellen aufgenommenen Kugeln ermöglicht, sich frei je nach der Last des Lagers und der Fertigungstoleranzen zu positionieren. Im Gegensatz dazu bleibt in Tangentialrichtung zum Erzeugungskreis das zugelassene Spiel sehr gering und wird nur durch die geringe Differenz zwischen dem Durchmesser der Kugeln und dem Durchmesser 2R des Zylinders definiert, der die Anschlußflächen 38 enthält.
Mit dieser Anordnung kann das Reibungsmoment im Innern des Lagers beträchtlich verringert werden. Genauer gesagt kann mit dem Freiheitsgrad der radialen und axialen Positionierung der Kugeln 24 in den Zellen jegliche Reibung an dieser Stelle vermieden werden. Daher ist das Lager relativ unempfindlich gegen Lastschwankungen und dimensionale Fertigungstoleranzen.
Die Kugelkappen 36A und 36B befinden sich zu beiden Seiten der medianen Ebene 44. Die Wände jeder Zelle definieren gemeinsam zwei Kanten 42A, 42B zu beiden Seiten der senkrechten Ebene zur Drehachse des Lagers, die den Erzeugungskreis enthält. Die Dicke D des Rings ist dergestalt, daß die Entfernung zwischen zwei beliebigen Punkten einer Kante, die parallel zu einer zum Erzeugungskreis tangentialen Achse gemessen werden, immer geringer als der Durchmesser der Kugeln. Anders ausgedrückt, ist die Zelle ausreichend geschlossen, um das Entweichen der Kugeln zu verhindern. Das Einsetzen erfolgt mit Kraft durch elastische Verformung der Wände.
Natürlich sind diverse Änderungen möglich, ohne den Rahmen der Erfindung wie beansprucht zu verlassen.

Claims

Kugelkäfig eines Schrägkugellagers mit allgemeiner Ringform, der eine Drehachse des Lagers definiert, wobei der Kugelkäfig eine Vielzahl von Zellen (32) umfaßt, die jeweils eine Kugel (24) aufnehmen sollen, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Zellen (32) zwei entgegengesetzte konkave Wände umfaßt (36A, 36B), wobei jede der beiden Wände eine Form einer kugelförmigen Kugelkappe mit dem Radius R hat, die einen Mittelpunkt (40A, 40B) definiert, dessen Abstand zur entgegengesetzten Wand größer als R ist, wobei die Mittelpunkte der beiden Kugelkappen sich in einer gleichen radialen Ebene in einem Abstand voneinander befinden, wobei einer der Mittelpunkte näher an der Drehachse des Lagers liegt als der andere.
Kugelkäfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden kugelförmigen Kugelkappen mit zwei zylinderförmige Facetten (38) mit Radius R und mit einer Höhe gleich dem Abstand zwischen den Mittelpunkten der beiden Kugelkappen verbunden sind.
Kugelkäfig nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelpunkte der beiden Kugelkappen nicht auf der gleichen senkrecht zur Drehachse verlaufenden Ebene sind.
Kugelkäfig nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle Zellen (32) eine identische Form haben.
Kugelkäfig nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kugelkäfig (30) aus einem Teil aus thermoplastischem Material besteht.
Schrägkugellager (12) mit zwei Kugellagerringen, zwischen denen Kugeln (24) angeordnet sind, deren Mittelpunkte über einen Erzeugungskreis des Lagers verteilt sind, wobei die Kontaktpunkte der Kugeln mit den beiden Laufbahnkreisen auf einem Kontaktkegel verteilt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager einen Kugelkäfig (30) nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche umfaßt.
Schrägkugellager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelpunkte der beiden Kugelkappen sich auf einer Achse (42) befinden, die deutlich senkrecht zum Kontaktkegel verläuft.
Schrägkugellager nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände der Zelle mindestens eine geschlossene Kante (42A, 42B) bilden, deren größte Abmessung kleiner als der Durchmesser der in der Zelle aufgenommenen Kugel ist.
Schrägkugellager nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Mittelpunkte der beiden Kugelkappen auf einer Achse (42) befinden, die den Erzeugungskreis schneidet.
Schrägkugellager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Mitte der beiden Mittelpunkte auf dem Erzeugungskreis befindet.