DE102010021813B4

DE102010021813B4 - Stoßfestes Schrägkugellager

Info

Publication number: DE102010021813B4
Application number: DE102010021813A
Authority: DE
Inventors: Frank EICHELMANN; Ralf Heiss; Arno WEHR-ALBERT
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-05-27
Filing date: 2010-05-27
Publication date: 2012-05-31
Anticipated expiration: 2030-05-28
Also published as: US20110293213A1; DE102010021813A1

Abstract

Schrägkugellager, insbesondere Radlager, mit wenigstens zwei Wälzkörperreihen lasttragender Wälzkörper (3) und mit einem zwischen zwei Wälzkörperinnenlaufbahnen (21, 22) angeordneten, hohlzylindrischen Abschnitt (4), wobei an den Übergängen vom hohlzylindrischen Abschnitt (4) zu den Wälzkörperinnenlaufbahnen (21, 22) jeweils Laufbahnausläufe (13, 14) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass in dem hohlzylindrischen Abschnitt (4) ein Ringelement (5, 15) eingepresst ist, dessen axiale Breite derart bemessen ist, dass eine axiale Kraft zwischen den Wälzkörpern (3) benachbarter Wälzkörperreihen übertragen werden kann und dabei die Laufbahnausläufe (13, 14) vor plastischer Verformung geschützt werden.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Schrägkugellager, insbesondere Radlager, mit wenigstens zwei Wälzkörperreihen lasttragender Wälzkörper und mit einem zwischen zwei Wälzkörperinnenlaufbahnen angeordneten, hohlzylindrischen Abschnitt, wobei an Übergängen vom hohlzylindrischen Abschnitt zu den Wälzkörperinnenlaufbahnen jeweils ein Laufbahnauslauf angeordnet ist.
Stand der Technik
Hintergrund der Erfindung
Schrägkugellager werden in verschiedenen Konstellationen eingesetzt, wie zum Beispiel als Radlager bei Fahrzeugen. Schrägkugellager müssen Durchstoßbelastungen der über die Kugeln gelagerten Bauteile abfangen können. Werden die Stöße zu heftig, so verursachen die meist härteren Wälzkörper Beschädigungen an den weniger harten Wälzkörperlaufbahnen, die mit Brinellierung bezeichnet wird. Die Eindrücktiefe dieser Beschädigungen wird auch Brinellierungstiefe genannt. Ist die Brinellierungstiefe der Beschädigungen in den Laufbahnen zu groß, stellt sich beim Betrieb des Schrägkugellagers ein Geräusch in der Maschine bzw. im Fahrzeug ein.
Die Stöße sind in Abhängigkeit von der Anwendung stärker oder schwächer. So sind beispielsweise beim Radlager sogenannte Bordsteinrempler die Hauptursache für eine Brinellierung. Eine Möglichkeit der Verringerung Brinellierung ist mit versschiedenen Methoden zu erreichen, wird meist jedoch in einer Erhöhung der Laufbahnhärte gesucht. Allerdings reicht diese Maßnahme nicht aus um die Brinellierungstiefe bei Radlagern aus dem Stand der Technik auf ein akzeptables Maß zu reduzieren. Diese Radlager weisen typischerweise eine Laufbahnhärte von 750 ± 70 HV10 auf, wobei üblicherweise ein Wälzlagerstahl des Typs C56E2 oder 100CR6 verwendet wird.
Aus US 7,104,695 B2 ist eine asymmetrische Radlagereinheit bekannt. Zur Versteifung der Radlagereinheit wird vorgeschlagen zwei Wälzkörperreihen mit unterschiedlichen Teilkreisradien der Wälzkörperreihen zu verwenden. Die radseitige Wälzkörperreihe weist einen größeren Teilkreisdurchmesser auf als die fahrzeugseitige. Des Weiteren wird gelehrt zur Versteifung unterschiedliche Wälzkörperformen einzusetzen. Diese so genannten Hybrid-Radlager weisen dann beispielsweise eine Wälzkörperreihe mit Kegelrollen und eine weitere Wälzkörperreihe mit Kugeln auf. Aufgrund der vergrößerten Stützbasis bzw. dem unterschiedlichen Verlauf der kraftübertragenden Kontaktflächen ergibt sich die gewünschte zusätzliche Steifigkeit. Mit der Steifigkeit verbessert sich ebenfalls die Stoßfestigkeit des Schrägkugellagers. Plötzliche Verkippungen der Radnabe in Bezug auf den Außenring können mit den genannten Maßnahmen also besser abgefangen werden.
Allerdings erfordert eine asymmetrische Schrägkugellagereinheit einen erhöhten Fertigungsaufwand, da Wälzkörperlaufbahnen mit unterschiedlichen Radien vorgesehen und in mehreren Schritten hergestellt werden müssen. Ferner führt der Einsatz unterschiedlicher Wälzkörperformen zu einer größeren Bauteilanzahl, die ebenfalls nicht unerhebliche Kosten verursacht.
Aufgabenstellung
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist daher ein Schrägkugellager derart weiterzubilden, dass die Stoßunempfindlichkeit auf eine kostengünstige Weise verbessert wird.
Die Aufgabe wird durch eine Radlagereinheit der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass in dem hohlzylindrischen Abschnitt ein Ringelement angeordnet ist.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass bei einer Verkippung der aufeinander gelagerten Bauteile des Schrägkugellagers axial ein Kraftstoß zwischen den Wälzkörperreihen über den Innenbord weitergeleitet wird, der insbesondere über die Laufbahnausläufe des Innenbords geleitet wird. Da es sich bei den Wälzkörpern in der Regel um härteres Material handelt, als bei den Laufbahnausläufen, führt dies zu einer plastischen Verformung der Laufbahnausläufe und damit Zu der bereits erwähnten Brinellierung. Das im hohlzylindrischen Abschnitte angeordnete Ringelement wird nun dazu verwendet die Kraft des Stoßes axial von einer Wälzkörperreihe zur benachbarten Wälzkörperreihe zu übertragen, ohne die Laufbahnausläufe unnötigerweise in Mitleidenschaft zu ziehen.
Vorteilhafterweise ist die axiale Breite des Ringelementes derart bemessen, dass eine axiale Kraft zwischen den Wälzkörpern benachbarter Wälzkörperreihen übertragen werden kann und dabei die Laufbahnausläufe vor plastischer Verformung geschützt werden. Dazu kann das Ringelement vor der Anordnung innerhalb des hohlzylindrischen Abschnittes derart bearbeitet werden, damit dieses für eine Kraftübertragung zwischen den Wälzkörpern benachbarter Wälzkörperreihen optimal geeignet ist. Damit werden die Laufbahnausläufe entlastet bzw. die anfallende Axialkraft bei einem Stoß zumindest teilweise oder ganz über das Ringelement geleitet. Das Ringelement kann bspw. durch ein besonderes Material, eine besondere Form oder durch sein Axialmaß oder Radialmaß derart angepasst werden, dass für das Schrägkugellager eine optimale Kraftumleitung entsteht.
Vorteilhafterweise ist das Ringelement durchgehärtet und zur axialen Kraftübertragung zwischen den Wälzkörpern benachbarter Wälzkörperreihen vorgesehen. Unter einer Durchhärtung wird eine weitgehende Annäherung der Kernhärte an die Randhärte verstanden. Da es sich bei dem Ringelement um ein separates Bauteil handelt ist es möglich dieses vor dem Anordnen innerhalb des hohlzylindrischen Abschnittes an allen oder zumindest einigen Oberflächen, zum Beispiel induktiv, thermisch oder anderweitig, zu härten. Damit kann der Härtegrad innerhalb des Ringelements, insbesondere mittels einer radial inneren und einer radial äußeren Härtung, sehr stark angehoben werden. Dieser beidseitige Zugang an die Innen- und Außenfläche des Ringelements ist beim Härteprozess der Wälzkörperinnenlaufbahnen eines Außenrings eines Schrägkugellagers des Standes der Technik nicht möglich. Damit ist das Ringelement aufgrund einer sehr guten Durchhärtung besonders geeignet axiale Stoßkräfte zwischen den Wälzkörperreihen zu übertragen. Bei der Herstellung des Schrägkugellagers kann das Ringelement beispielsweise durch Einpressen in den hohlzylindrischen Abschnittes angeordnet werden.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform setzt das Ringelement an wenigstens einer axialen Ringfläche eine Schmiegung des jeweiligen Laufbahnauslaufs fort. Grundsätzlich ist es nicht notwendig, dass der gesamte axiale Abstand zwischen den Wälzkörpern benachbarter Wälzkörperreihen eingenommen wird. Bei einer Low-Cost Variante des Schrägkugellagers, insbesondere Radlagers, ist es ausreichend, wenn die axiale Breite des Ringelements nur näherungsweise den Abstand der Wälzkörperinnenlaufbahnen ausfüllt. Dabei wird eine gewisse elastische Verformung während des Betriebes der Laufbahnausläufe in Kauf genommen, die jedoch auf eine bestimmbare Verformungstiefe durch das Ringelement gestützt ist. Damit wird quasi eine Grenze festgelegt, bis zu der eine Verformung der Laufbahnausläufe erlaubt sein soll, das heißt, es wird eine gewisse elastische Verformung zu Gunsten eines kostengünstigeren Schrägkugellagers toleriert, welches in diesem Fall mit einem leicht zu fertigenden – und daher kostengünstigen – Ringelement erzielt wird.
Alternativ können die axialen Stirnflächen des Ringelements die Schmiegung der Wälzkörperinnenlaufbahnen fortsetzen, um möglichst wenig Axialspiel zwischen den Wälzkörpern und dem Ringelement zuzulassen. Hierbei entsteht ein sehr effektiver Schutz, der sich vorteilhaft auf die Lebensdauer des Schrägkugellagers auswirkt. Der Schutz ist umso besser, je kleiner der Innenradius des Ringelement ist im Vergleich zum Teilkreisradius der Wälzkörperlaufbahnen ist. Denkbar ist auch, dass mehrere Ringe innerhalb des hohlzylindrischen Abschnittes angeordnet sind, so dass ein Ring einen nächst kleineren in sich aufnimmt. Mit der Vielzahl der Ringe ist es möglich eine in radialer Richtung sehr harte Anordung zu schaffen, die dank der Vielzahl der Ringe zwei große axiale Seitenflächen bildet, die zur axialen Stoßkraftübertragung verwendet werden kann. Ferner kann jeder Ring separat gehärtet werden, womit insgesamt eine sehr hohe Kernhärte des mehrteiligen Kraft übertragenden Elementes entsteht.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Schmiegung des Ringelementes im Vergleich zum Laufbahnauslauf aufweisenden Innenbord auf 1,03 bis 1,05 festgelegt. Eine höhere Schmiegung verkleinert das Axialspiel weiter, so dass eine Brinellierung noch besser durch die mit einem minimalen Spiel versehene, durchgeärtete Kraftleitung in der Form des Ringelements unterbunden wird.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist der hohlzylindrische Abschnitt von einem, zwei oder mehr Außenringen gebildet. Dabei ist wichtig, dass das Ringelement innerhalb des hohlzylindrischen Abschnittes aufgenommen werden kann. Damit ergibt sich eine gewisse Einfachheit für das Schrägkugellager, welches damit einen geringeren Integrationsgrad (große Bauteilanzahl) aufweist, jedoch auf eine Axialkraft leitendes Ringelement nicht verzichten muss.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Ringelement einen Innenradius RR auf, der kleiner ist als die Summe aus dem Teilkreisradius TKR einer der Wälzkörperreihen und einem Drittel des Wälzkörperradius WR. Für die axiale Kraftübertragung ist eine Anordnung des Ringelements auf dem Radius des Wälzkörpermittelpunkts am besten, jedoch entsteht eine neue Problematik beim Zusammenbau des Schrägkugellagers. Eine gewisse radiale Dicke muss dem Ringelement aus Stabilitätsgründen zugestanden werden. Daher ist es vorteilhaft einen Innenradius vorzusehen, der bis zu einem Drittel des Wälzkörperradius kleiner als der Teilkreisradius TKR ist. Damit ist eine optimale axiale Kraftübertragung, aber auch eine einfache Intallation des Radlagers gesichert, wobei Folgendes gilt: TKR – 1/3 WR < RR < TKR + 1/3 WR
Überschreitet der Innenradius RR den Teilkreisradius TKR um mehr als WR/3, so kann die axiale Weiterleitung die Stoßkraft nicht unmittelbar in Richtung der Kugelzentren übertragen werden, sondern erhält zusätzlich eine zu große radiale Komponente, die wiederum eine elastische Verformung der Laufbahnausläufe begünstigt. Aus Installationsgründen wird der Innenradius RR des Ringelement größer als TKR – 1/3 WR gewählt.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform gilt insbesondere TKR – 1/5 WR < RR < TKR + 1/5 WR, wobei die Fähigkeit der axialen Kraftübertragung über das Ringelement trotz einer einfacheren Installation nicht reduziert ist.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Ringelement eine radiale Stärke von wenigstens einem Zehntel des Wälzkörperradius auf. Aufgrund der Ringform des Ringelements wirkt sich bereits eine strukturelle Rigidität des Ringelements positiv auf die axiale Kraftübertragung aus. Eine elastische Verformung des Ringelements in radiale Richtungen oder gar ein Bruch aufgrund einer Kraftumleitung in radialer Richtung kann zusätzlich mit einer entsprechend vergrößerten, radialen Dicke des Ringelementes engegengewirkt werden, welches vorteilhafterweise größer als 1/10 des Wälzkörperradius, aber mindestens größer als ein Zwölftel des Wälzkörperradius sein sollte, da ansonsten ein Brechen des Ringelementes immer wahscheinlicher wird. Als obere Grenze eignet sich eine Dicke von 2/5 des Wälzlagerradius WR oder sogar 2/3 des Wälzlagerradius WR.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Ringelement einstückig mit dem den hohlzylindrischen Abschnitt wenigstens teilweise bildenden Außenring ausgeführt. Der hohlzylindrische Abschnitt kann bei einer weitgehend integrierten Schrägkugellagereinheit von einem Außenring gebildet werden, der möglicherweise noch einstückig mit einem Befestigungsflansch oder einem Radflansch einstückig ausgeführt ist. Dennoch kann es in Abhängigkeit von der Anwendung von Vorteil sein mehrere Außenringe einzusetzen, so dass der hohlzylindrische Abschnitt von mehreren Außenringen gebildet wird und auch das Ringelement in axialer Richtung in mehrere einzelne Ringselemente unterteilt ist, die jeweils in einen Außenring integriert sind.
Beim Einsatz eines Ringelements, welches einstückig mit mehreren Außenringen oder einem einzigen Außenring ausgeführt ist, sind folgende Bedingungen zu beachten:

a) Das Ringelement weist eine radiale Stärke von wenigstens einem Zehntel des Wälzkörperradius auf.
b) Das zylindrische Ringelement weist einen Innenradius RR auf, der kleiner ist als die Summe aus Teilkreisradius TKR einer der Wälzkörperreihen und einem Drittel des Wälzkörperradius WR, dabei ist der Teilkreisradius TKR der Radius eines Kreises um die Rotationsachse R des Schrägkugellagers, der durch die Wälzkörpermittelpunkte gebildet wird.
c) Die Wälzkörperlaufbahnen weisen am einstückig mit dem Außenring ausgebildeten, zylindrischen Ringelement eine Schmiegung zwischen 1,03 und 1,05 auf, wobei die Wälzkörperlaufbahn zum Teil vom Ringelement gebildet wird, und
d) Das einstückig mit dem Außenring ausgeführte zylindrische Ringelement weist eine Härte von mindestens 800 ± 40 HV auf.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform bilden die Laufbahnausläufe jeweils Bordwinkel zwischen 70° und 86°, wobei der Bordwinkel zwischen zwei Schenkel definiert ist und der erste Schenkel kollinear mit der Vertikalen (Radialen) des Lagers angeordnet ist und der zweite Schenkel aus einer Geraden vom Mittelpunkt des Wälzkörpers bis zur nächstliegenden Kante des hohlzylindrischen Abschnittes gebildet wird. Beide Schenkel schliessen den Bordwinkel ein.
Es entsteht ein weiterer Vorteil, wenn die Wälzkörper eine größere Härte aufweisen als die Laufbahnausläufe der Wälzkörperlaufbahn und das Ringelement. Damit ist sichergestellt, dass die Beschädigungen an der Laufbahn auftreten und nicht am Wälzkörper, womit ein großer Schaden entstehen würde.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen und bevorzugete Weiterbildungen der Erfindung sind der Figurenbeschreibung und/oder den Unteransprüchen zu entnehmen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben und erläutert.
Es zeigen:
1 eine geschnittene Ansicht eines ersten zweireihiges Radlagers mit zylindrischem Ringelement,
2 eine vergrößerte Ansicht des Radlagers aus 1,
3 eine geschnittene Ansicht des zylindrischen Ringelements aus 1 und 2,
4 eine geschnittene Ansicht eines zweiten zweireihigen Radlagers mit integriertem Ringelement,
5 eine vergrößerte Ansicht des Radlagers aus 4 mit hervorgehobenem, zylindrischen Ringelement,
6 eine vergrößerte Ansicht des Radlagers aus 4 mit hervorgehobenen, gehärteten Bereich am Außenring,
7 eine vergrößerte Ansicht des Radlagers aus 4 mit Hervorhebung der Schmiegungseigenschaften, und
8 zur Veranschaulichung einige Maße eines Radlagers im Zusammenhang.
Ausführungsbeispiele
Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine geschnittene Ansicht eines ersten zweireihiges Radlagers mit zylindrischem Ringelement 5. Das gezeigte zweireihige Radlager ist gegen so genannte Bordsteinrempler besonders geschützt. Bei einem Bordsteinrempler fährt oder rutscht der Fahrzeug mit dem Reifen gegen einen Bordstein oder gegen ein ähnliches Hindernis. Dabei wird eine axiale Kraft und ein Moment in das Lager eingeleitet, die mit einer Verkippungen die zueinander gelagerten Bauteile einhergeht. Ist der Impuls stark genug drückt sich die Wälzkörper, hier eine Kugel, plastisch in die Laufbahn einen und hinterlässt eine Eindrückungen (Brinellierung). Bei einer Brinellierungstiefe von mehr als 3 μm kann beim Fahren ein Geräusch im Fahrzeug entstehen.
Der zweireihiges Radlager weist einen radseitigen Laufbahnauslauf 13, einen fahrzeugseitigen Laufbahnauslauf 14 des Außenrings 1 auf, wobei die Laufbahnausläufe 13, 14 durch einen hohlzylindrischen Abschnitt 4 (Innenbord) miteinander verbunden sind. Die Laufbahnausläufe 13, 14 bilden einen endseitigen Teil der Wälzkörperinnenlaufbahnen des Außenrings 1.
Des Weiteren weist das Radlager die üblichen Bauelemente, wie zum Beispiel einen Wälzlagerkäfig 6, der die Wälzkörper 3 enthält, auf. In axialen Richtungen wird der Außenring 1 gegenüber der drehenden Radnabe 2 und dem Innenring 8 mittels Dichtungsanordnungen 7 abgedichtet, so dass der Wälzraum, in welchem sich die Wälzkörper 3 befinden, vor Umwelteinflüssen geschützt ist. Fahrzeugseitig ist die Dichtungsanordnung als Kassettendichtung 7 ausgeführt.
Gemäß der Erfindung enthält der hohlzylindrische Abschnitt 4 ein eingepresstes, zylindrisches Ringelement 5, welches während des Betriebes des Radlagers mit keinem der Wälzkörper 3 in Kontakt ist. Treten axiale Kräfte auf, bei denen sich zumindest einige Wälzkörper 3 einer der beiden Wälzkörperreihen sich auf die jeweils andere zubewegen, so fungiert das Ringelement 5 als axiale Sicherung, die bei einer Verringerung des axialen Wälzkörperabstandes eine Unterschreitung eines minimalen Wälzkörperabstandes verhindert. Dieser minimale Wälzkörperabstand wird durch die axiale Breite des zylindrischen Ringelements 5 festgelegt. Dabei wird eine gewisse Beschädigung eines der beiden Laufbahnausläufe 13, 14 in Kauf genommen, jedoch ist die Eindringtiefe durch das zylindrische Ringelement 5 begrenzt. Damit können größere Schäden abgewendet werden, womit auch Fahrzeuggeräusche vermieden bzw. die Lebensdauer des Radlagers verlängert wird.
2 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Radlagers aus 1. Die beiden abgebildeten Pfeile deuten die Richtung der Axialkraft bei einem Bordsteinrempler an, die sowohl von der fahrzeugseitigen Wälzkörperreihe, als auch von der radseitigen Wälzkörperreihe ausgehen kann. Im normalen Betrieb ist das zylindrische Ringelement 5 zu den Wälzkörpern beidseitig beabstandet, jedoch kann in Abhängigkeit von der zu übertragenden Kraft eine geringfügige Verschiebung des Ringelementes 5 in einer axialer Richtung eintreten, womit auch relativ zum Außenring 1 eine Verschiebung stattfindet. Eine derartige Verschiebung kann nur begrenzt toleriert werden, da die Laufbahnausläufe 13, 14 hierbei in Mitleidenschaft gezogen werden. Deshalb ist es vorteilhafter, wenn das Ringelement 5 am Außenring 1 formschlüssig gesichert, aber zumindest eingepresst wird.
Alternativ kann das Ringelement 5 eine der beiden Wälzkörperinnenlaufbahnen 21, 22 oder auch beide, radial nach innen (zur Rotationsachse R hin) fortsetzen, indem eine ähnliche oder gleiche Schmiegungen, wie die der Wälzkörperinnenlaufbahnen 21, 22 an den axialen Stirnflächen des Ringelementes 5 ausgebildet werden. Bei dieser Lösung ist darauf zu achten, dass der axiale Abstand zu den Wälzkörpern 3 möglichst gering ausfällt.
Desweiteren ist darauf zu achten, dass der Käfig 6 nicht durch das Ringelement 5 gehindert wird, bzw. Berührungen der beiden Bauteile vermieden werden.
3 zeigt eine geschnittene Ansicht des zylindrischen Ringelements 5 aus 1 und 2. Die Ränder der Schnittfläche 10 des geschnitten dargestellten zylindrischen Ringelementes 5 zeigen, dass die axialen Seitenflächen 11, 12 einen Kegelabschnitt ausbilden, was bedeutet, dass das Ringelement 5 als Minimalabstandhalter verwendet wird. Damit sind Low-Cost Varianten eines Radlagers realisierbar, indem der Abstand zu den Wälzkörpern möglichst beidseitig gleich groß gewählt wird und das Ringelement 5 keine Wälzkörperinnenlaufbahnen bildet.
Alternativ können die axialen Seitenflächen 11, 12 ein Segment einer Hohlkugel bilden, deren Radius durch den Wälzkörperradius WK und die Schmiegung bestimmt ist. In diesem Fall setzt das zylindrische Ringelement 5 die Wälzkörperinnenlaufbahnen 21, 22, wie in 2 zu sehen, radial fort, womit eine axiale Sicherung des Ringelementes 5 nicht mehr notwendig ist, da sich das Ringelement 5 axial weder auf die fahrzeugseitige Wälzkörperreihe, noch auf die radseitige Wälzkörperreihe zu bewegen kann.
4 zeigt eine geschnittene Ansicht eines zweiten, zweireihigen Radlagers mit integriertem Ringelement 15 und eingezeichneten Lagergrößen.
Das zweite Radlager weist einen Außenring 17 auf, der sowohl einen integrierten Befestigungsflansch, als auch ein einstückig mit dem Außenring 17 integriertem Ringelement 16 aufweist. Bei einem einstückig mit dem Außenring 17 integrierten Ringelement 16 ist darauf zu achten, dass zumindest drei Bedingungen erfüllt sind, nämlich eine Erhöhung der Randschichthärte, eine starke Schmiegung der Wälzkörperlaufbahnen und einem möglichst geringen Innenradius RR des zylindrischen Ringelementes 15.
Bei dieser alternativen Lösung werden die Laufbahnausläufe quasi in radialer Richtung vergrößert, womit eine Trennung der Wälzkörper bewerkstelligt wird. Dies allein bewirkt jedoch noch keinen ausreichenden Schutz gegen Bordsteinrempler. Ferner ist eine höhere Randschichthärte erforderlich, die auch nur in Kombination mit einer Verengung der Schmiegungen zum gewünschten Erfolg führt. In diesem Zusammenhang ist beachtlich, dass die effektive Fläche zur Kraftübertragung bei einer radialen Kraft viel größer ist, als bei einer axialen Kraft, weil es nicht möglich ist die Wälzkörper vollumfänglich zu umfassen. Daher wird eine vom Betrag her vergleichbare Axialekraft stets zu einer höheren Kraftdichte auf der Wälzkörperinnenlaufbahnen führen. Die Weglassung nur einer der drei genannten Maßnahmen führt zu einer für das Lager schädlichen axialen Kräfteübertragung zwischen den Wälzkörpern 3 benachbarter Wälzkörperreihen.
In einigen Anwendungsbeispielen, z. B. mit erleichterter Installationsmöglichkeit, ist der Innenradius des integrierten Ringelements 5 größer als der Teilkreisradius der Wälzkörperreihen. Jedoch ist es sinnvoll beide Radien möglichst aneinander anzunähern. Vorteilhaft ist, wenn der Innenradius RR die Summe aus dem Teilkreisradius TKR plus ein Zehntel des Wälzkörperradius WR nicht überschreitet. Der Teilkreisradius TKR und der Innenradius RR stehen auf der Rotationsachse des Radlagers senkrecht.
5 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Radlagers aus 4 mit hervorgehobenem, integriertem Ringelement 15. Ein Vorteil an einem integrierten Ringelement 15 ist die Tatsache, dass der Außenring 17 zusammen mit dem Ringelement 15 gefertigt werden kann, wobei das Ringelement 15 in besonderem Maße, beispielsweise induktiv, möglichst durchdringend in radialer Richtung gehärtet wird. Dabei sollte eine Kernhärte des Ringelementes 15 von mindestens 800 ± 40 HV erzielt werden.
6 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Radlagers aus 4 mit hervorgehobenen, gehärteten Bereich am Außenring 17. Vorteilhafterweise wird das integrierte Ringelement 15 im gleichen Arbeitsgang, wie auch die Wälzkörperinnenlaufbahnen des Außenringes 17 gehärtet, womit kaum Mehraufwand entsteht.
7 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Radlagers aus 4 mit Hervorhebung der besonderen Schmiegung der Wälzkörperlaufbahnen. Die eingezeichneten Punkte in 7 zeigen die Bereiche erhöhter Schmiegung, die zwischen 1,03 und 1,05 liegt.
8 zeigt zur Veranschaulichung einige Maße des Radlagers im Zusammenhang.
Der Innenradius RR der Innenfläche des Ringelements 15, welches in 8 einstückig mit dem Ausßenrings 17 ausgeführt ist, liegt zwischen den Radien R1 und R2, wobei R1 = TKR + 1/3 WR und R2 = TKR – 1/3 WR ist. Dabei steht TKR für den Teilkreisradius der Wälzkörperreihe bezogen auf die Rotationsachse R des Radlagers. WR ist der Radius der Wälzkörper 3. Somit kann die Innenfläche des hohlzylindrischen Abschnitts 4 in einem Radialbereich B angeordnet werden, wobei sich der Bordwinkel entsprechend ändern kann.
Der Bordwinkel BW wird von der Vertikalen V des Radlagers und der Strecke zwischen dem Mittelpunkt M des Wälzkörpers 3 zur Kante K des Ringelementes eingeschlossen. Idealerweise liegt der Bordwinkel zwischen 70 und 86 Grad. Wie aus der 8 zu entnehmen ist, kann dieser auch 90 Grad oder mehr betragen.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein Schrägkugellager, insbesondere Radlager, mit wenigstens zwei Wälzkörperreihen lasttragender Wälzkörper (3) und mit einem zwischen zwei Wälzkörperinnenlaufbahnen (21, 22) angeordneten, hohlzylindrischen Abschnitt (4), wobei an Übergängen vom hohlzylindrischen Abschnitt (4) zu den Wälzkörperinnenlaufbahnen (21, 22) jeweils ein Innenbord (13, 14) angeordnet ist. Erklärtes Ziel ist es, ein besonders stoßsicheres Schrägkugellager anzugeben. Dies wird dadurch erreicht, dass ein Ringelement (5, 15) im hohlzylindrischen Abschnitt (4) angeordnet wird, beispielsweise eingepresst, womit eine Axialkraftübertragung zwischen den Wälzkörpern (3) benachbarter Wälzkörperreihen bewerkstelligt wird und eine Brinellierung der Laufbahnausläufe (13, 14) sowie der Laufbahnen (21, 22) reduziert oder sogar unterdrückt wird. Das Ringelement (5) kann als eigenständiges Bauteil, aber auch als in den Außenring integriertes Ringelement (15) ausgeführt werden, wofür die notwendigen Voraussetzungen gelehrt werden.
Bezugszeichenliste

1: Außenring
3: Wälzkörper
5: Zylindrisches Ringelement
7: Kassettendichtung
10: Schnittfläche
12: Axiale Seitenfläche
14: Fahrzeugseitiger Laufbahnauslauf
16: Gehärteter Bereich
21: Innenlaufbahn
25: Ringelement
TKR: Teilkreisradius
R: Rotationsachse
R1: maximaler Radius
K: Kante
2: Radnabe
4: Hohlzylindrischer Abschnitt
6: Käfig
8: Innenring
11: Axiale Seitenfläche
13: Radseitiger Laufbahnauslauf
15: Integriertes Ringelement
17: Außenring
22: Innenlaufbahn
B: Radialbereich
RR: Innenradius des Ringelements
WR: Wälzkörperradius
R2: minimaler Radius
M: Mittelpunkt

Claims

Schrägkugellager, insbesondere Radlager, mit wenigstens zwei Wälzkörperreihen lasttragender Wälzkörper (3) und mit einem zwischen zwei Wälzkörperinnenlaufbahnen (21, 22) angeordneten, hohlzylindrischen Abschnitt (4), wobei an den Übergängen vom hohlzylindrischen Abschnitt (4) zu den Wälzkörperinnenlaufbahnen (21, 22) jeweils Laufbahnausläufe (13, 14) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass in dem hohlzylindrischen Abschnitt (4) ein Ringelement (5, 15) eingepresst ist, dessen axiale Breite derart bemessen ist, dass eine axiale Kraft zwischen den Wälzkörpern (3) benachbarter Wälzkörperreihen übertragen werden kann und dabei die Laufbahnausläufe (13, 14) vor plastischer Verformung geschützt werden.
Schrägkugellager nach Anspruch 1, wobei das Ringelement (5, 15) durchgehärtet ist.
Schrägkugellager nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Ringelement (5, 15) an wenigstens einer axialen Ringfläche (11, 12) eine Schmiegung des jeweiligen Laufbahnauslaufes (13, 14) fortsetzt.
Schrägkugellager nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Schmiegung des Ringelementes (5, 15) zwischen 1,03 und 1,05 liegt.
Schrägkugellager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ringelement (5, 15) einen Innenradius (RR) aufweist, der kleiner ist als die Summe aus Teilkreisradius (TKR) einer der Wälzkörperreihen und einem Drittel des Wälzkörperradius (WR).
Schrägkugellager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ringelement (5) eine radiale Dicke von wenigstens einem Zehntel oder wenigstens einem Fünftel des Wälzkörperradius (WR) aufweist.
Schrägkugellager, insbesondere Radlager, mit wenigstens zwei Wälzkörperreihen lasttragender Wälzkörper (3) und mit einem zwischen zwei Wälzkörperinnenlaufbahnen (21, 22) angeordneten, hohlzylindrischen Abschnitt (4), wobei an den Übergängen vom hohlzylindrischen Abschnitt (4) zu den Wälzkörperinnenlaufbahnen (21, 22) jeweils Laufbahnausläufe (13, 14) angeordnet sind und im hohlzylindrischen Abschnitt (4) ein Ringelement (5, 15) angeordnet ist, wobei das Ringelement (15) einstückig mit dem den hohlzylindrischen Abschnitt (4) wenigstens teilweise bildenden Außenring (1) ausgeführt ist, wobei – das Ringelement (15) eine radiale Stärke von wenigstens einem Zehntel oder wenigstens einem Fünftel des Wälzkörperradius (WR) aufweist, und – das Ringelement (15) einen Innenradius (RR) aufweist, der kleiner ist als die Summe aus Teilkreisradius (TKR) einer der Wälzkörperreihen und einem Drittel des Wälzkörperradius (WR), und – die Wälzkörperlaufbahnen (21, 22) durch das einstückig mit dem Außenring (17) ausgebildete Ringelement (15) eine Schmiegung zwischen 1,03 und 1,05 aufweisen, und – das einstückig mit dem Außenring (1) ausgeführte Ringelement (15) eine Härte von mindestens 800 ± 40 HV aufweist.
Schrägkugellager nach Anspruch 7, wobei Laufbahnausläufe (13, 14) am hohlzylindrischen Abschnitt (4) jeweils einen Bordwinkel zwischen 70 und 86 Grad bilden.