DE102009058025A1

DE102009058025A1 - Lageranordnung

Info

Publication number: DE102009058025A1
Application number: DE200910058025
Authority: DE
Inventors: Arndt Dr. 90427 Schweigert; Hans Wicklund
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-12-11
Filing date: 2009-12-11
Publication date: 2011-07-28

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung zur Aufnahme von Axial- und Radialkräften mit einem Vierpunktlager (1), umfassend einen Lagerinnenring (2) und einen Lageraußenring (3) sowie zwischen beiden Lagerringen (2, 3) geführte Wälzkörper (4), wobei das Vierpunktlager (1) wenigstens einen massiv ausgebildeten Lagerring (2, 3) besitzt. Erfindungsgemäß weist der massiv ausgebildete Lagerring (2, 3) umfangseitig zwei schräg zur Lagerachse A und schräg zueinander stehende Anlageflächen (5, 6) auf, mit welchen der Lagerring (2, 3) über zwischengeordnete elastische Lagerelemente (7, 8) an einer Stützstruktur (9) abgestützt ist, so dass ein Verkippen der Lagerachse A des Vierpunktlagers (1) möglich ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung zur Aufnahme von Axial- und Radialkräften mit einem Vierpunktlager, umfassend einen Lagerinnenring und einen Lageraußenring sowie zwischen beiden Lagerringen geführte Wälzkörper.
Hintergrund der Erfindung
Vierpunktlager der vorstehend genannten Art werden in verschiedenen Bereichen eingesetzt. Die vorliegende Erfindung soll insbesondere für den Einsatz als Hauptlager einer gefederten Traktor-Vorderachse geeignet sein. Darüber hinaus sind zahlreiche andere Einsatzbereiche möglich, in denen es insbesondere hohe axiale und radiale Lasten aufzunehmen gilt.
Aus der Offenlegungsschrift DE 100 58 491 A1 geht ein Vierpunktlager zur Fixierung einer Lenkwelle eines Kraftfahrzeuges hervor, wobei der Innenring auf der Lenkwelle angeordnet und massiv ausgebildet ist. Der Lageraußenring ist aus zwei durch einen Spalt voneinander beabstandeten, Teillaufbahnen bildenden Laufringteilen zusammengesetzt, die über elastische Einlageringe abgestützt und von einer Hülse mit radial nach innen weisenden Borden aufgenommen sind. Diese konkrete Ausführungsform wird in der vorstehend genannten Offenlegungsschrift als bereits bekannter Stand der Technik angeführt, die hinsichtlich der Ausführung des Lageraußenringes dem in der Offenlegungsschrift vorgeschlagenen Vierpunktlager entspricht. Darüber hinaus werden alternative Lageraußenringausführungen durch Bezugnahme auf andere Druckschriften angegeben. Der Lageraußenring ist in der Regel jedoch jeweils als ein – oder mehrteiliges Blechteil ausgeführt, der über elastische Einlageringe an einer Bundhülse abgestützt ist, die das Lager umgibt. Die elastischen Einlageringe dienen hierbei der Vorspannung des Lageraußenringes gegenüber dem Lagerinnenring, um eine möglichst spielfreie Lageranordnung zu realisieren. Insbesondere bei Einsatz des Lagers als Lenkwellenlagerung ist eine möglichst spielfreie Anordnung bereits aus Sicherheitsgründen zu gewährleisten.
Aufgabe der Erfindung
Ausgehend von einem Vierpunktlager der vorstehend genannten Art liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Lager bereitzustellen, das zur Aufnahme hoher axialer und radialer Lasten geeignet ist und sowohl Dreh- als auch Kippbewegungen erlaubt, um eine räumliche Einstellung des Lagers zu ermöglichen.
Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Lageranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sowie eine bevorzugte Verwendung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die vorgeschlagene Lageranordnung umfasst ein Vierpunktlager mit wenigstens einem massiv ausgebildeten Lagerring. Erfindungsgemäß weist der massiv ausgebildete Lagerring umfangseitig zwei schräg zur Lagerachse A und schräg zueinander stehende Anlageflächen auf, mit welchen der Lagerring über zwischengeordnete elastische Lagerelemente an einer Stützstruktur abgestützt ist, so dass ein Verkippen der Lagerachse A des Vierpunktlagers möglich ist. Die vorgeschlagene Lageranordnung ermöglicht somit eine räumliche Einstellbarkeit des Vierpunktlagers, so dass funktionsbedingte Kippbewegungen ausgeführt werden können. Darüber hinaus ermöglicht die räumliche Einstellbarkeit des Vierpunktlagers den Ausgleich fertigungs- und/oder montagebedingter Toleranzen.
Die angegebene Lageranordnung umfasst demnach ein Vierpunktlager als Hauptlager sowie ein weiteres Lager, das aus den zwischen dem Vierpunktlager und der Stützstruktur angeordneten elastischen Lagerelementen gebildet wird. Die schräg verlaufenden Anlageflächen und damit die Schräglage der elastischen Lagerelemente trägt den typischen Belastungsfällen eines Vierpunktlagers Rechnung. Da fertigungs- und/oder montagebedingte Toleranzen ebenfalls einen Belastungsfall darstellen, vermag sich die Lageranordnung über die elastischen Lagerelemente selbst räumlich einzustellen, so dass die Toleranzen ausgeglichen werden. Die räumliche Einstellung wird vorrangig ein Verkippen der Lagerachse A zur Folge haben. Darüber hinaus lassen die elastischen Lagerelemente aber auch ein paralleles Versetzen und/oder eine axiale Verschiebung der Lagerachse A zu. Gleichwohl elastisch abgestützt, ist die vorgeschlagene Lageranordnung in der Lage hohe Lasten aufnehmen. Dies wird dadurch unterstützt, dass zumindest ein Lagerring des Vierpunktlages, vorzugsweise beide Lagerringe, massiv ausgebildet ist bzw. sind.
Im Hinblick auf die erwünschte räumliche Einstellbarkeit des Vierpunktlagers ist bevorzugt ein Lagerring, d. h. entweder der Lagerinnen- oder der Lageraußenring, über elastische Lagerelemente an der Stützstruktur abgestützt. An den zwei schräg zur Lagerachse A und schräg zueinander stehenden Anlageflächen liegt weiterhin bevorzugt jeweils ein elastisches Lagerelement an. Der Winkel der Schrägstellung beträgt dabei vorzugsweise 45° in Bezug auf die Lagerachse A. Darüber hinaus können in Abhängigkeit vom jeweiligen Anwendungs- bzw. zu erwartenden Belastungsfall auch andere Winkel realisiert werden.
Der Vorteil einer erfindungsgemäßen Lageranordnung ist insbesondere darin zu sehen, dass mehrere Funktionen in einer Lageranordnung realisiert werden. Dabei ist die Lageranordnung einfach und kompakt aufgebaut, so dass der Fertigungs- und Montageaufwand gering gehalten werden kann. Dies wirkt sich wiederum günstig auf die Kosten aus.
Hinsichtlich der konkreten Ausbildung des Vierpunktlagers besteht lediglich die Anforderung, dass dieses zumindest einen massiv ausgebildeten Lagerring umfasst. Dabei kann zur Ausbildung der schräg verlaufenden Anlageflächen der Lagerring auch mehrteilig aufgebaut sein.
Vorteilhafterweise besitzt die Stützstruktur korrespondierend zu den Anlageflächen des Lagerrings ausgebildete Anlageflächen, so dass im unbelasteten Zustand des Vierpunktlagers die sich gegenüberliegenden Anlageflächen parallel ausgerichtet sind. Fertigungs- oder montagebedingte Toleranzen führen zu einer Belastung der Lageranordnung, die in der Regel ein Verkippen der Lagerachse A bewirkt, so dass eine parallel Ausrichtung der sich gegenüberliegenden Anlageflächen nicht mehr gegeben ist. Denn die Stützstruktur ist im eingebauten Zustand der Lageranordnung an einem Bauteil abgestützt und somit lagefixiert. Bei dem Bauteil kann es sich beispielsweise um eine Welle oder einen Bolzen handeln, sofern der Lagerinnenring federnd abgestützt ist. Erfolgt die Abstützung über den Lageraußenring, kann das Bauteil beispielsweise ein Gehäuse sein.
Zur Ausbildung der beiden schräg verlaufenden Anlageflächen kann die Stützstruktur auch mehrteilig ausgebildet sein. Bevorzugt wird eine zweiteilige Ausführung, wobei jedes Stützteil eine schräge Anlagefläche zur Aufnahme eines elastischen Lagerelements ausbildet. Die zwei Teile der Stützstruktur können zudem spaltlos oder mit einem Spalt angeordnet werden, wobei im letzteren Fall eine Entkopplung bewirkt wird.
Die elastischen Lagerelemente bestehen vorzugsweise aus einem elastischen Werkstoff, wie beispielsweise Gummi, einem Elastomer oder einem Kunststoff. Der Einsatz eines solchen Werkstoffs stellt sicher, dass eine räumliche Einstellbarkeit der Lageranordnung möglich ist.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform sind die schräg liegenden Anlageflächen eines Lagerrings am Lagerinnenring ausgebildet, so dass die zentrale Bohrung des Lagerinnenrings wenigstens zwei konisch verlaufende Abschnitte aufweist. Die beiden konisch verlaufenden Abschnitte sind weiterhin bevorzugt symmetrisch in Bezug auf eine Ebene senkrecht zur Lagerachse A ausgebildet. An den Lageraußenring werden dabei keine besonderen Anforderungen gestellt. Es kann somit jeder zur Ausbildung eines Vierpunktlagers geeignete Lageraußenring Einsatz finden. Ferner können die Wälzkörper vollkugelig und/oder käfiggeführt sein.
Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform sind die schräg verlaufenden Anlageflächen eines Lagerrings am Lageraußenring ausgebildet, so dass der Lageraußenring außenumfangsseitig wenigstens zwei konisch verlaufende Abschnitte aufweist, die weiterhin bevorzugt symmetrisch in Bezug auf eine Ebene senkrecht zur Lagerachse A ausgebildet sind. In diesem Fall kann jeder zur Ausbildung eines Vierpunktlagers geeignete Innenring eingesetzt werden. Dies kann beispielsweise ein radial gesprengter Innenring sein, der somit zwei Lagerinnenringeile aufweist. Die Wälzlager können wiederum vollkugelig und/oder käfiggeführt sein. Zur Ausbildung der schräg verlaufenden Anlageflächen am Lageraußenring kann dieser auch mehrteilig aufgebaut sein.
Unabhängig davon, ob der Lagerinnenring oder der Lageraußenring über elastische Lagerelemente abgestützt ist, sind die Anlageflächen an einem Lagerring vorzugsweise derart ausgebildet, dass deren Schrägstellung eine Vergrößerung des Durchmessers vom Rand zur Mitte des jeweiligen Lagerringes bewirkt. Die Vergrößerung des Durchmessers hat beispielsweise bei Ausbildung der schräg verlaufenden Anlageflächen am Lagerinnenring zur Folge, dass der lichte Durchmesser der zentralen Bohrung des Lagerinnenringes vom Rand zur Mitte durch die Vergrößerung des Lagerinnenringdurchmessers eine Reduzierung erfährt. Die Schrägstellung der Anlageflächen ist dabei vorzugsweise derart auf das Vierpunktlager abgestimmt, dass die Federwirkung der elastischen Lagerelemente mit der Hauptbelastungsrichtung des jeweiligen Lagerrings zusammenfällt.
Wie vorstehend bereits angedeutet, kann der die schräg verlaufenden Anlageflächen aufweisende Lagerring auch mehrteilig aufgebaut sein. Bevorzugt werden die Anlageflächen durch einen mit dem Lagerring fest verbundenen Stützkörper ausgebildet, der innenumfangseitig bzw. außenumfangseitig am jeweiligen Lagerring angeordnet ist. Um eine Vergrößerung des Durchmessers des Lagerringes zur Mitte hin zu bewirken, weist ein solcher Stützkörper im Querschnitt bevorzugt eine Dreiecks- oder Trapezform auf.
Da sich die vorgeschlagene Lageranordnung insbesondere für Einsatzbereiche eignet, in denen es hohe axiale und radiale Lasten aufzunehmen sowie Dreh- und Kippbewegungen zuzulassen gilt, wird weiterhin erfindungsgemäß die Verwendung einer vorstehend beschriebenen Lageranordnung zur Lagerung einer gefederten Traktor-Vorderachse vorgeschlagen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Lageranordnung gemäß einer ersten Ausführungsform, bei welcher die elastischen Lagerelemente am Innenring angeordnet sind, und
2 eine erfindungsgemäße Lageranordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, bei dem die elastischen Lagerelemente am Außenring angeordnet sind.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform sind die schräg verlaufenden Anlageflächen 5, 6 am Lagerinnenring 2 ausgebildet. Hierzu ist der Innenring 2 innenumfangseitig mit einem im Querschnitt dreieckigen Stützkörper versehen. Der Stützkörper 15 und der Lagerinnenring 2 bilden ein massives Bauteil. Der Lagerinnenring 2 bildet gemeinsam mit dem Lageraußenring 3 und den dazwischen abwälzenden Kugeln als Wälzkörper 4 ein Vierpunktlager 1 aus, das in der Lage ist, hohe axiale und radiale Lasten aufzunehmen. Indem der Lagerinnenring 2 über die schräg verlaufende Anlageflächen 5 und 6 an elastischen Lagerelementen 7, 8 abgestützt ist, vermag die dargestellte Lageranordnung zudem eine leicht gekippte Lage einzunehmen, so dass die dargestellte Lageranordnung ferner die Funktion einer räumlichen Einstellbarkeit aufweist. Die elastischen Lagerelemente 7, 8 sind hierzu an einer Stützstruktur 9 abgestützt, die im vorliegenden Beispiel zweiteilig (siehe 1 unterhalb der Lagerachse A) bzw. mehrteilig (siehe 1 oberhalb der Lagerachse A) aufgebaut sein kann. Um eine Entkopplung zu bewirken, ist jedes elastische Lagerelement 7, 8 über ein separates Stützteil der Stützstruktur 9 abgestützt. Die Stützstruktur 9 bildet in diesem Fall die zentrale Bohrung zur Aufnahme einer Welle oder eines Bolzens aus.
Die Stützstruktur 9 weist parallel zu den Anlageflächen 5, 6 des Lagerinnenrings 2 ausgerichtete Anlageflächen 10, 11 auf, die im vorliegenden Fall etwa 45° zur Lagerachse A geneigt ausgebildet sind. Bei einer Kippbewegung des Vierpunktlagers verändert sich dieser Winkel.
Durch die Anlageflächen 10, 11 verkleinert sich der Durchmesser der Stützstruktur 9 vom Rand zur Mitte bzw. zum anderen Ende eines Stützteils der Stützstruktur 9 hin. Korrespondierend hierzu verhält sich die Querschnittsform des Stützkörpers 15 der zur Ausbildung der Anlageflächen 5, 6 innenumfangseitig am Lagerinnenring angeordnet ist. Das heißt, dass der Lagerinnenring 2 durch den Stützkörper 15 eine Vergrößerung seines Durchmessers vom Rand zur Mitte hin erfährt.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lageranordnung ist in der 2 dargestellt. Das Vierpunktlager 1 weist hier einen zweiteiligen Lagerinnenring 2 sowie einen massiven Lageraußenring 3 auf, an welchem die schräg verlaufenden Anlageflächen 5, 6 ausgebildet sind. Auf einen Stützkörper 15 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 wurde hier verzichtet. An den schräg verlaufenden Anlageflächen 5, 6 liegen wiederum elastische Lagerelemente 8, 9 an, über welche der Lageraußenring 3 an einer Stützstruktur 9 abgestützt ist. Diese Stützstruktur 9 weist wiederum parallel zu den Anlageflächen 5, 6 verlaufende Anlageflächen 10, 11 auf. Ferner ist auch hier die Stützstruktur 9 zweiteilig ausgebildet. Während die Stützstruktur 9 an einem Bauteil eines Kraftfahrzeugs abgestützt sein kann, kann die zentrale Bohrung 12 der Aufnahme einer Welle oder eines Bolzens dienen.
Bei fertigungs- oder montagebedingten Toleranzen ermöglicht das weitere, zusätzlich zum Vierpunktlager 1 ausgebildete Lager aufgrund der Anordnung elastischer Lagerelemente 7, 8 einen Ausgleich dieser Toleranzen. Denn die elastischen Lagerelemente 7, 8 lassen ein geringfügiges Verkippen der Lagerachse A zu, unabhängig davon, ob die elastischen Lagerelemente 7, 8 innenliegend oder außenliegend bezogen auf das Vierpunktlager 1 angeordnet sind. Zugleich lässt das zusätzlich zum Vierpunktlager ausgebildete Lager funktionsbedingte Kippbewegungen zu.
E ist ersichtlich, dass die im Zusammenhang mit den einzelnen Ausführungsbeispielen erwähnten Merkmale untereinander austauschbar sind, so dass die Erfindung eine Vielzahl von Abwandlungen der dargestellten Lageranordnungen umfasst.
Bezugszeichenliste

1: Vierpunktlager
2: Lagerinnenring
3: Lageraußenring
4: Wälzkörper
5: Anlagefläche
6: Anlagefläche
7: elastisches Lagerelement
8: elastisches Lagerelement
9: Stützstruktur
10: Anlagefläche
11: Anlagefläche
12: zentrale Bohrung
13: Lagerrand
14: Lagermitte
15: Stützkörper

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10058491 A1 [0003]

Claims

Lageranordnung zur Aufnahme von Axial- und Radialkräften mit einem Vierpunktlager (1), umfassend einen Lagerinnenring (2) und einen Lageraußenring (3) sowie zwischen beiden Lagerringen (2, 3) geführte Wälzkörper (4), wobei das Vierpunktlager (1) wenigstens einen massiv ausgebildeten Lagerring (2, 3) besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass der massiv ausgebildete Lagerring (2, 3) umfangseitig zwei schräg zur Lagerachse A und schräg zueinander stehende Anlageflächen (5, 6) aufweist, mit welchen der Lagerring (2, 3) über zwischengeordnete elastische Lagerelemente (7, 8) an einer Stützstruktur (9) abgestützt ist, so dass ein Verkippen der Lagerachse A des Vierpunktlagers (1) möglich ist.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (9) korrespondierend zu den Anlageflächen (5, 6) des Lagerrings (2, 3) ausgebildete Anlageflächen (10, 11) besitzt.
Lageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (9) mehrteilig ausgebildet ist, vorzugsweise zweiteilig.
Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elastischen Lagerelemente (7, 8) aus einem elastischen Werkstoff, wie beispielsweise Gummi, einem Elastomer oder einem Kunststoff, bestehen.
Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlageflächen (7, 8) eines Lagerrings (2, 3) am Lagerinnenring (2) ausgebildet sind, so dass die zentrale Bohrung (12) des Lagerinnenrings (2) wenigstens zwei konisch verlaufende Abschnitte aufweist, die vorzugsweise symmetrisch in Bezug auf eine Ebene senkrecht zur Lagerachse A ausgebildet sind.
Lageranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlageflächen (7, 8) eines Lagerrings (2, 3) am Lageraußenring (3) ausgebildet sind, so dass der Lageraußenring (3) außenumfangsseitig wenigstens zwei konisch verlaufende Abschnitte aufweist, die vorzugsweise symmetrisch in Bezug auf eine Ebene senkrecht zur Lagerachse A ausgebildet sind.
Lageranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrägstellung der Anlageflächen (7, 8) eines Lagerrings (2, 3) eine Vergrößerung des Durchmessers des jeweiligen Lagerringes (2, 3) vom Rand (13) zur Mitte (14) hin bewirken.
Lageranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlageflächen (7, 8) eines Lagerrings (2, 3) durch einen mit dem Lagerring (2, 3) fest verbundenen Stützkörper (15) ausgebildet werden.
Verwendung einer Lageranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche zur Lagerung einer gefederten Traktor-Vorderachse.