DE102009053599A1

DE102009053599A1 - Schrägwälzlager

Info

Publication number: DE102009053599A1
Application number: DE102009053599A
Authority: DE
Inventors: Alexandre Camilo; Felipe De Pontes Carvalho; Anderson Hiroyuki Iriguti; Carlos Ademir jun. Ruedi
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-11-17
Filing date: 2009-11-17
Publication date: 2011-05-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schrägwälzlager, mit zwei axial äußeren Wälzkörperreihen (1, 3) sowie einer axial mittleren Wälzkörperreihe (2, 29), und mit einem Außenring (4) sowie wenigstens zwei Innenringen (5, 6, 26, 27, 33, 34, 35), wobei die Wälzkörperreihen (1, 2, 3, 29) jeweils aus einer Vielzahl von Wälzkörpern (7, 8, 9, 30) bestehen, die auf Außenring- und Innenringlaufbahnen (15, 16, 17, 18, 19, 20, 24, 25, 28, 31, 32) zwischen dem Außenring (4) und dem zugehörigen Innenring (5, 6, 26, 27, 33, 34, 35) abrollen. Um die Leistungsfähigkeit des Lagers bei geringem Bauraumbedarf und niedrigen Herstellkosten möglichst einfach zu verbessern, sind die Wälzkörper (8, 30) der mittleren Wälzkörperreihe (2, 29) zumindest in einer Ausdehnungsrichtung kleiner dimensioniert als die Wälzkörper (7, 9) der beiden axial benachbarten äußeren Wälzkörperreihen (1, 3).

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Schrägwälzlager, mit zwei axial äußeren Wälzkörperreihen sowie einer axial mittleren Wälzkörperreihe, und mit einem Außenring sowie wenigstens zwei Innenringen, wobei die Wälzkörperreihen jeweils aus einer Vielzahl von Wälzkörpern bestehen, die auf Außenring- und Innenringlaufbahnen zwischen dem Außenring und dem zugehörigen Innenring abrollen.
Hintergrund der Erfindung
Mehrreihige Schrägwälzlager weisen gegenüber mehreren einreihigen Schrägwälzlagern, die zusammen eine vergleichbare Belastbarkeit und Belastungsart zur Verfügung stellen, potenziell einen Bauraumvorteil auf. Daher werden insbesondere zweireihige Schrägkugellager gegenüber Paaren von einreihigen Schrägkugellagern bevorzugt in verschiedenen Lageranwendungen, die ein möglichst kleines Lager bei einer vergleichsweise hohen Belastbarkeit erfordern, beispielsweise als Ausrücklager, Getriebelager, Achslager oder Radlager in Fahrzeugen verbaut.
Konventionelle zweireihige Schrägwälzlager bestehen in der Regel aus einem einteiligen Außenring und zwei Innenringen, zwischen denen zwei Wälzkörperreihen, beispielsweise zwei Kugelkränze abrollen, die gegenüber einer Radialebene des Lagers in einem bestimmten Druckwinkel gegeneinander angestellt sind. Die Wälzkörperreihen werden meistens von jeweils einem Lagerkäfig gehalten. Nach außen ist das Lager üblicherweise über ein beidseitiges Abdichtsystem geschützt. In einer O-Anordnung, d. h. mit nach radial außen zusammenlaufenden Druckwinkeln oder in einer X-Anordnung mit nach radial außen auseinander laufenden Druckwinkeln, nehmen solche zweireihigen Schrägkugellager radiale und axiale Kräfte auf.
Um die Belastbarkeit und Anwendungsmöglichkeiten derartiger Schrägwälzlager entsprechend den ständig steigenden Anforderungen im Fahrzeug- und Maschinenbau anpassen zu können, sind bereits dreireihige Schrägwälzlager vorgeschlagen worden. Solche Schrägwälzlager weisen eine besonders hohe Steifigkeit und Tragfähigkeit bei einer kompakten Bauweise auf.
Die WO 2006/01 81 32 A1 zeigt ein Schrägkugellager, das ein Hauptlager mit zwei Kugelkränzen aufweist, dem zur Einstellung einer Vorspannung ein Vorspannlager mit einem Kugelkranz mit entgegengesetztem Druckwinkel zugeordnet ist. Die radial äußeren Kugellaufbahnen sind an einem einteiligen Außenring angeordnet. Die beiden radial inneren Laufbahnen des Hauptlagers sind an einem ersten Innenring, die Innenlaufbahn des Vorspannlagers an einem durch einen Spalt axial beabstandeten zweiten Innenring ausgebildet. Die beiden Kugelkränze des Hauptlagers sind in Tandemanordnung, d. h. mit parallelem Druckwinkel angeordnet.
Ein dazu vergleichbares Schrägkugellager, bestehend aus zwei Kugelreihen in Tandemausführung und einer entgegengerichteten dritten Kugelreihe, die zwischen einem einteiligen Außenring und einem zweiteiligen Innenring angeordnet sind, ist auch aus der DE 603 16 139 T2 bekannt.
Aus der WO 2008/077676 A1 ist ein weiteres Schrägwälzlager mit einem einteiligem Außenring und zwei Innenringen bekannt, bei dem zwei Wälzkörperreihen in Tandemanordnung mit gleichem Druckwinkel oder in tandemähnlicher Anordnung mit leicht unterschiedlichen Druckwinkeln ein Stützlager bilden, und eine dritte Wälzkörperreihe mit entgegengerichtetem Druckwinkel ein Vorspannlager bildet. Die Wälzkörper der Tandem- bzw. tandemähnlichen Anordnung sind als Kugelrollen ausgebildet, wodurch eine axiale Verkürzung des Lagers ohne signifikanten Tragfähigkeitsverlust erreicht werden kann. Die Wälzkörper der dritten Reihe können als Kugelrollen, Kegelrollen, Kugeln oder Zylinderrollen ausgebildet sein.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein dreireihiges Schrägwälzlager zu entwickeln, welches hinsichtlich Leistungsfähigkeit und Bauraumbedarf gegenüber bekannten gattungsgemäßen Schrägwälzlagern verbessert und dennoch einfach sowie kostengünstig herstellbar ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine Erweiterung eines zweireihigen Schrägkugellagers zu einem dreireihigen Schrägwälzlager durch die Anordnung einer dritten, besonders kompakten Wälzkörperreihe zwischen den beiden konventionellen, angestellten Wälzkörperreihen, mit je nach axialer oder radialer Abstützungsanforderung anwendungsspezifisch konzipierten Wälzkörpertypen, mit geringem Herstellungsaufwand eine höhere Belastbarkeit bei vergleichbarer oder verringerter Baugröße bei einer Lageranordnung erreicht werden kann.
Die Erfindung geht daher aus von einem Schrägwälzlager, mit zwei axial äußeren Wälzkörperreihen sowie einer axial mittleren Wälzkörperreihe, und mit einem Außenring und wenigstens zwei Innenringen, wobei die Wälzkörperreihen jeweils aus einer Vielzahl von Wälzkörpern bestehen, die auf Außenring- und Innenringlaufbahnen zwischen dem Außenring und dem zugehörigen Innenring abrollen. Zudem ist vorgesehen, dass die Wälzkörper der mittleren Wälzkörperreihe zumindest in einer Ausdehnungsrichtung kleiner dimensioniert sind als die Wälzkörper der beiden axial benachbarten äußeren Wälzkörperreihen.
Durch diesen Aufbau sind beispielsweise Radlager für Fahrzeuge realisierbar, die an höhere Belastungsanforderungen anpassbar sind, ohne mehr Bauraum in Anspruch zu nehmen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Radlageranwendungen beschränkt sondern kann grundsätzlich als dreireihige Schrägwälzlager in verschiedensten Anwendungen eingesetzt werden.
Die beiden axial außen liegenden Wälzkörperreihen können vorzugsweise wie bei einem konventionellen zweireihigen Schrägwälzlager als Kugelkränze in O-Anordnung ausgebildet sein. Die mittlere Wälzkörperreihe ist erfindungsgemäß als Wälzkörperkranz mit kleineren Wälzkörpern in diese Anordnung integriert. Diese Wälzkörperreihe weist vorteilhaft keinen Druckwinkel auf, ist also nicht gegenüber der Radialebene des Lagers geneigt. Dadurch wird mit geringem Konstruktions- und Kostenaufwand eine höhere Belastbarkeit des Schrägwälzlagers in axialer und radialer Richtung erreicht.
Bei einer besonders einfachen Ausführungsform kann die Außenringlaufbahn der mittleren Wälzkörperreihe an dem Außenring ausgebildet sein, und die Innenringlaufbahn der mittleren Wälzkörperreihe kann als zusätzliche Laufbahn an einem der Innenringe für die axial äußeren Wälzkörperreihen angeordnet sein, der für diesen Zweck erweitert ist, während der andere Innenring entsprechend verkürzt ist.
Alternativ dazu kann auch vorgesehen sein, dass die Innenringlaufbahn der mittleren Wälzkörperreihe an einem zusätzlich angeordneten mittleren Innenring ausgebildet ist.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Innenringlaufbahn der mittleren Wälzkörperreihe an den benachbarten und zueinander zeigenden Innenkanten der Innenringe der axial äußeren Wälzkörperreihen ausgebildet ist, so dass diese Laufbahn jeweils hälftig durch die beiden Innenringe zusammen gebildet wird.
Die Wälzkörper der mittleren Reihe können als Kugeln mit kleinerem Durchmesser als die axial benachbarten Kugeln ausgebildet sein. Es können jedoch auch Zylinderrollen mit kleinerem Durchmesser und/oder kleinerer Länge eingesetzt werden, die auf entsprechenden Rollenlaufbahnen als ein Zylinderrollenkranz abwälzen und eine besondere hohe radiale Tragfähigkeit bei einer vergleichsweise geringeren axialen Belastbarkeit aufweisen.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass die Außenringlaufbahnen, zumindest die der mittleren Wälzkörperreihe, sphärisch ausgebildet sind, und dass die Innenringiaufbahnen, zumindest die der mittleren Wälzkörperreihe, spitzbogenförmig oder sphärisch ausgebildet sind.
Möglich ist auch, dass sowohl die Außenringlaufbahnen als auch die Innenringlaufbahnen, zumindest der mittleren Wälzkörperreihe, spitzbogenförmig ausgebildet sind. Durch die spitzbogenförmigen Laufbahnen kann eine besonders geringe Rollreibung sowie eine besonders effektive Schmierung des Lagers erzielt werden, was sich zusätzlich günstig auf die Leistungsfähigkeit des Lagers sowie auf dessen Lebensdauer auswirkt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung an einigen Ausführungsformen näher erläutert. Darin zeigt
1 einen teilweisen Radialschnitt durch ein Schrägwälzlager mit einer mittleren Kugelreihe, mit einer sphärischen Außenringlaufbahn und einer durch zwei Innenringe gebildeten spitzbogenförmigen Innenringlaufbahn,
2 einen teilweisen Radialschnitt durch ein Schrägwälzlager mit einer mittleren Kugelreihe, mit einer spitzbogenförmigen Außenringlaufbahn und einer, durch zwei Innenringe gebildeten spitzbogenförmigen Innenringlaufbahn,
3 einen teilweisen Radialschnitt durch ein Schrägwälzlager mit einer mittleren Kugelreihe, mit einer sphärischen Außenringlaufbahn und einer, an einem erweiterten Innenring ausgebildeten sphärischen Innenringlaufbahn,
4 einen teilweisen Radialschnitt durch ein Schrägwälzlager mit einer mittleren Kugelreihe, mit einer sphärischen Außenringlaufbahn und einer, an einem erweiterten Innenring ausgebildeten spitzbogenförmigen Innenringlaufbahn,
5 einen teilweisen Radialschnitt durch ein Schrägwälzlager mit einer mittleren Zylinderrollenreihe mit einer Außenring-Rollenlaufbahn und einer, an einem erweiterten Innenring ausgebildeten Innenring-Rollenlaufbahn, und
6 einen teilweisen Radialschnitt durch ein Schrägwälzlager mit einer mittleren Zylinderrollenreihe mit einer Außenring-Rollenlaufbahn und einer, an einem zusätzlichen mittleren Innenring ausgebildeten Innenring-Rollenlaufbahn.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Das in 1 gezeigte, als Schrägkugellager ausgebildete Schrägwälzlager weist drei als Kugelkränze ausgebildete Wälzkörperreihen 1, 2, 3 auf, die zwischen einem einteiligen Außenring 4 und zwei Innenringen 5, 6 angeordnet sind. Die Kugeln 8 des mittleren Kugelkranzes 2 besitzen einen kleineren Durchmesser als die axial benachbarten Kugeln 7, 9 der beiden äußeren Kugelkränze 1, 3. Die Kugeln 7, 8, 9 sind in Lagerkäfigen 10, 11, 12 gehalten, die in der 1 lediglich angedeutet sind. Aufgrund der Drei-Punktberührung der mittleren Wälzkörperreihe 2 sind die Druckwinkel an den Innenringen 5, 6 geeignet Axialkräfte übertragen. Nach außen ist das Lager beidseitig mittels nicht näher beschriebener Dichtungen 13, 14 an sich bekannte Weise geschützt.
Der Außenring 4 weist drei sphärische Laufbahnen 15, 16, 17 für die Kugelkränze 1, 2, 3 auf. Mit den Außenringlaufbahnen 15, 17 der beiden axial äußeren Kugelkränzen 1, 3 korrespondieren entsprechende Innenringlaufbahnen 18, 19 der Innenringe 5, 6. Die zusammengehörigen Laufbahnen 15, 18 bzw. 17, 19 bilden Wälzkörperkanäle, die schräg zur Radialebene 23 des Lagers ausgerichtet sind, so dass die äußeren Kugelkränze 1, 3 in einer O-Anordnung entgegengerichtet angestellt sind.
Die Kugeln 8 der der mittleren Kugelreihe 2 wälzen auf der sphärischen Außenringlaufbahn 16 und einer gegenüberliegenden spitzbogenförmigen Innenringlaufbahn 20 ab. Diese Innenringlaufbahn 20 ist in dem fertig montierten Lager durch kreisförmige Aussparungen an benachbarten Innenkanten 21, 22 der beiden Innenringe 5, 6 gebildet. Die mittlere Wälzkörperreihe 2 ist anders als die äußeren Wälzkörperreihen 1, 3 nicht gegen die Radialebene 23 des Lagers angestellt. Sie weist somit keinen Druckwinkel auf und dient der Erhöhung der Belastbarkeit bzw. der dynamischen Tragfähigkeit des Lagers.
Die 2 zeigt ein Schrägkugellager, welches eine spitzbogenförmige mittlere Außenringlaufbahn 24 aufweist und sonst weitgehend baugleich zu dem in 1 gezeigten Lager ist.
Ein weiteres Schrägkugellager gemäß der Erfindung ist in 3 dargestellt. Die Kugeln 8 der mittleren Kugelreihe 2 wälzen wiederum auf der sphärischen Außenringlaufbahn 16 ab. Eine sphärische Innenringlaufbahn 25 dieser Kugelreihe 2 ist an einem in axialer Richtung nach innen erweiterten Innenring 26 ausgebildet. Dieser Innenring 26 weist zudem die Innenringlaufbahn 19 der einen äußeren Kugelreihe 3 auf. Ein zweiter, entsprechend verkürzter Innenring 27 ist der anderen äußeren Kugelreihe 1 zugeordnet und weist dessen Innenringlaufbahn 18 auf.
Die Wälzkörper der mittleren Reihe berühren die Lagerringe an vier Punkten (Vier-Punktberührung), um insbesondere Axialkräfte aufnehmen zu können. Jeweils eine Punktberührung findet mit den Innenringen 5, 6 statt und zwei liegen an der Außenlaufbanhn 24 des Außenrings 4.
Die 4 zeigt ein Schrägkugellager, welches eine spitzbogenförmige mittlere Innenringlaufbahn 28 aufweist. Im Übrigen entspricht dieses Lager weitgehend dem in 3 gezeigten Lager.
In 5 ist ein Schrägwälzlager mit unterschiedlichen Wälzkörpertypen dargestellt, welches eine als zylindrischer Rollenkranz ausgebildete mittlere Wälzkörperreihe 29 besitzt. Die axial äußeren Wälzkörperreihen entsprechen den Kugelkränzen 1, 3 der vorherigen Ausführungsformen. Der Rollenkranz 29 besteht aus Zylinderrollen 30, die auf einer Rollenlaufbahn 31 des Außenrings 4 und einer Rollenlaufbahn 32 des erweiterten Innenrings 26 wälzen. Die Außenring-Rollenlaufbahn 31 ist als erhabene Lauffläche auf dem Außenring 4 ausgebildet. Die Innenring-Rollenlaufbahn 32 ist als eine nutförmige Ausnehmung in den Innenring 26 eingelassen. Die Zylinderrollen 30 sind sowohl in ihrer Länge als auch in ihrem Durchmesser kleiner als die axial benachbarten Kugeln 7, 9 der äußeren Wälzkörperreihen 1, 3. Auch bei dieser Ausführungsform ist die mittlere Wälzkörperreihe, d. h. der Rollenkranz 29, gegenüber der Radialebene 23 nicht geneigt, womit hautpsächlich Radialkräfte aufgenommen werden können.
Die 6 zeigt schließlich ein Schrägwälzlager, welches einen zusätzlichen mittleren Innenring 33 aufweist, an dem die Innenring-Rollenlaufbahn 32 der mittleren Zylinderrollen-Wälzkörperreihe 29 ausgebildet ist. Für die axial äußeren Kugelreihen 1, 3 sind zwei gleich große Innenringe 34, 35 vorgesehen. Der übrige Aufbau entspricht dem Schrägwälzlager in 5.
Bezugszeichenliste

1: Wälzkörperreihe
2: Wälzkörperreihe
3: Wälzkörperreihe
4: Außenring
5: Innenring
6: Innenring
7: Wälzkörper
8: Wälzkörper
9: Wälzkörper
10: Lagerkäfig
11: Lagerkäfig
12: Lagerkäfig
13: Dichtung
14: Dichtung
15: Außenringlaufbahn
16: Außenringlaufbahn
17: Außenringlaufbahn
18: Innenringlaufbahn
19: Innenringlaufbahn
20: Innenringlaufbahn
21: Innenkante
22: Innenkante
23: Radialebene
24: Außenringlaufbahn
25: Innenringlaufbahn
26: Innenring
27: Innenring
28: Innenringlaufbahn
29: Wälzkörperreihe
30: Wälzkörper
31: Außenringlaufbahn
32: Innenringlaufbahn
33: Innenring
34: Innenring
35: Innenring

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2006/018132 A1 [0005]
DE 60316139 T2 [0006]
WO 2008/077676 A1 [0007]

Claims

Schrägwälzlager, mit zwei axial äußeren Wälzkörperreihen (1, 3) sowie einer axial mittleren Wälzkörperreihe (2, 29), und mit einem Außenring (4) und wenigstens zwei Innenringen (5, 6, 26, 27, 33, 34, 35), wobei die Wälzkörperreihen (1, 2, 3, 29) jeweils aus einer Vielzahl von Wälzkörpern (7, 8, 9, 30) bestehen, die auf Außenring- und Innenringlaufbahnen (15, 16, 17, 18, 19, 20, 24, 25, 28, 31, 32) zwischen dem Außenring (4) und dem zugehörigen Innenring (5, 6, 26, 27, 33, 34, 35) abrollen, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (8, 30) der mittleren Wälzkörperreihe (2, 29) zumindest in einer Ausdehnungsrichtung kleiner dimensioniert sind als die Wälzkörper (7, 9) der beiden axial benachbarten äußeren Wälzkörperreihen (1, 3).
Schrägwälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden äußeren Wälzkörperreihen (1, 3) entgegengesetzte Druckwinkel aufweisen, und dass die mittlere Wälzkörperreihe (2, 29) keinen Druckwinkel zur Radialebene (23) aufweist.
Schrägwälzlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden äußeren Wälzkörperreihen (1, 3) zueinander in O-Anordnung angestellt sind.
Schrägwälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (7, 8, 9) als Kugeln ausgebildet sind, wobei der Durchmesser der Kugeln (8) der mittleren Wälzkörperreihe (2) kleiner ist als der Durchmesser der Kugeln (7, 9) der äußeren Wälzkörperreihen (1, 3).
Schrägwälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenringlaufbahn (16) zumindest der mittleren Wälzkörperreihe (2) sphärisch ausgebildet ist, und dass die Innenringlaufbahn (20) zumindest der mittleren Wälzkörperreihe (2) spitzbogenförmig oder sphärisch ausgebildet ist.
Schrägwälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenringlaufbahn (24) und die Innenringlaufbahn (20) zumindest der mittleren Wälzkörperreihe (2) spitzbogenförmig ausgebildet sind.
Schrägwälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (7, 9) der äußeren Wälzkörperreihen (1, 3) als Kugeln ausgebildet sind, und dass die Wälzkörper (30) der mittleren Wälzkörperreihe (29) als Zylinderrollen ausgebildet sind, wobei die Außenring- und Innenringlaufbahnen (31, 32) der mittleren Wälzkörperreihe (29) als Rollenlaufbahnen ausgebildet sind und zumindest der Durchmesser der Zylinderrollen (30) kleiner als der Durchmesser der Kugeln (7, 9) der äußeren Wälzkörperreihen (1, 3) ist.
Schrägwälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenringlaufbahn (16, 24, 31) der mittleren Wälzkörperreihe (2, 29) an dem Außenring (4) angeordnet ist.
Schrägwälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenringlaufbahn (25, 28, 32) der mittleren Wälzkörperreihe (2, 29) als zusätzliche Laufbahn an einem Innenring (26) für eine axial äußere Wälzkörperreihe (1, 3) angeordnet ist.
Schrägwälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenringlaufbahn (32) der mittleren Wälzkörperreihe (29) an einem zusätzlich angeordneten mittleren Innenring (33) angeordnet ist.
Schrägwälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenringlaufbahn (20) der mittleren Wälzkörperreihe (2) an benachbarten Innenkanten (21, 22) von Innenringen (5, 6) der axial äußeren Wälzkörperreihen (1, 3) ausgebildet ist.
Schrägwälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass es als ein Radlager eines Fahrzeuges ausgebildet ist.