DE102011075505A1

DE102011075505A1 - Axialwälzlager mit wellenförmigem Käfig

Info

Publication number: DE102011075505A1
Application number: DE201110075505
Authority: DE
Inventors: Carsten Ohr; Florian Böhm; Alex Nicolas Queck
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-05-09
Filing date: 2011-05-09
Publication date: 2012-11-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Axialwälzlager (10, 50, 70) mit zwei Lagerringen (12, 14) und zwischen den Lagerringen (12, 14) angeordneten sowie in einem Käfig aufgenommenen kugelförmigen Wälzkörpern (16). Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass der Käfig (20, 52, 72) einstückig ausgebildet ist und über seinen Umfang einen meanderförmig gewellten Verlauf zur Schaffung einer abwechselnden Abfolge von Wälzkörpertaschen (22, 54, 74) und Federtaschen (24, 56, 76) aufweist, wobei die Wälzkörper (16) jeweils in den Wälzkörpertaschen (22, 54, 74) aufgenommen sind und die Federtaschen (24, 56, 76) unbestückt sind. Infolge des gewellten Verlaufs des Käfigs (20, 52, 72) und einer vorzugsweise über dessen Umfang hinweg im Wesentlichen gleich bleibenden Querschnittsgeometrie ergeben sich eine gleichmäßige Masseverteilung sowie ein geringes Gewicht, wodurch insbesondere der Einfluss von Zentrifugalkräften bei hohen Lagerdrehzahlen reduziert wird. Durch die nicht mit Wälzkörpern (16) besetzten Federtaschen (24, 56, 76) weist der Käfig (20, 52, 72) in Umfangsrichtung eine geringe Steifigkeit bzw. eine hohe Elastizität auf. Durch beide Eigenschaften ist das Wälzlager (10, 50, 70) insbesondere gegenüber dynamischen Lasten, wie zum Beispiel schnellen Drehzahländerungen bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten, tolerant.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Axialwälzlager mit zwei Lagerringen und zwischen den Lagerringen angeordneten sowie in einem Käfig aufgenommenen kugelförmigen Wälzkörpern.
Hintergrund der Erfindung
Wälzlager mit einer Vielzahl von zwischen zwei Lagerringen geführten Wälzkörpern sind allgemein bekannt. Die Wälzkörper können dabei in einem Käfig aufgenommen sein, um einen gleichmäßigen Abstand zwischen den Wälzkörpern zu erreichen und hierdurch die Reibung zwischen den Wälzkörpern untereinander sowie die Gefahr des Verklemmens zu verringern.
Bekannte Käfige aus Stahl, Kunststoff oder Messing weisen Ausnehmungen bzw. Fenster auf, in denen die Wälzkörper platziert sind und geführt werden. Derartige Fensterkäfige haben in einigen Ausführungen eine ungleichmäßige Masseverteilung, wodurch sie bei hohen Drehzahlen aufgrund der dann asymmetrisch einwirkenden Zentrifugalkräfte insbesondere in ihren dünnwandigen Käfigbereichen einer hohen mechanischen Beanspruchung ausgesetzt sind. Daneben besitzen Fensterkäfige in tangentialer Richtung eine hohe Steifigkeit. Hierdurch wirken insbesondere bei dynamischen Belastungen, wie zum Beispiel bei einer schnellen Drehzahländerung, aufgrund der Massenträgheit des Käfigs sowie der Bewegung der Wälzkörper extreme mechanische Lasten auf den Käfig und insbesondere auf die Käfigstege ein. Die beiden Effekte können einzeln oder im Zusammenwirken zum Käfigbruch und einer hiermit einhergehenden Beschädigung des Wälzlagers führen.
Aus der DE 42 20 973 A1 ist ein Wälzlagerkäfig aus einem Kunststoff bekannt. Dieser Wälzlagerkäfig ist an mindestens einer Stelle in Umfangsrichtung elastisch ausgebildet, so dass er auffedern kann und die Wälzkörper radial an eine Laufbahn drückt sowie das Bewegungsspiel der Wälzkörper gegen den Käfig beseitigt. Mindestens ein Seitenring des Käfigs ist mit einer umlaufenden Nut versehen, in die ein Ring aus Federstahldraht eingelegt ist. Der Ring verstärkt die Federkraft der elastischen Stelle und übernimmt deren Federaufgabe, wenn deren Federkraft aufgrund von Ermüdungserscheinungen nachlässt. Der Käfig erfordert jedoch den Einsatz von zwei unterschiedlichen Werkstoffen und ist nur im Bereich der elastischen Stelle in Umfangsrichtung elastisch deformierbar ausgebildet.
Die DE 42 22 175 A1 betrifft einen Wälzlagerkäfig, insbesondere für Zylinderrollen- und Nadellager, der an zumindest einer Stelle seines Umfanges ausgehend von beiden Bordkanten je einen axial verlaufenden Einschnitt zur Schaffung eines diagonalen Verbindungssteges aufweist. Bei diesem Wälzlagerkäfig ist die Elastizität ebenfalls auf den Einschnittbereich begrenzt.
Aus der DE 41 31 284 A1 ist ferner ein Wälzlagerkäfig für Nadellager bekannt. Dieser Wälzlagerkäfig weist mindestens einen durchgehenden, vorzugsweise axial verlaufenden Schlitz auf, der von zwei elastischen Stegen überbrückt ist. Die Stege bestehen aus einem biegsamen, elastisch verformbaren Material, während der Käfig aus einem vergleichsweise formstabilen und steifen Kunststoff hergestellt ist. Auch dieser Wälzlagerkäfig ist lediglich im Bereich des Schlitzes in tangentialer Richtung elastisch, während der übrige Käfig aus einem nur geringfügig deformierbaren, besonders steifen Kunststoff gebildet ist.
Aus der DE 1 725 627 U ist ein Lagerkäfig und ein mit dem Käfig versehenes Wälzlager bekannt. Der Lagerkäfig ist in axialer Richtung sinusförmig gewellt ausgebildet. Dabei verlaufen die Wellenkämme bzw. die Wellentäler parallel zu den Bordkanten des Käfigs, und zylindrische Wälzkörper sind in näherungsweise rechteckförmigen Ausnehmungen aufgenommen, deren quer zur Umfangsrichtung verlaufende Längskanten ebenfalls gewellt verlaufen.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein reibungsarmes Axialwälzlager vorzustellen, das aufgrund einer gleichmäßigen Masseverteilung des Käfigs und einer über dessen Gesamtumfang hinweg vorhandenen hohen Elastizität weitgehend unempfindlich gegenüber extreme dynamische Lasten, insbesondere schnelle Drehzahlwechsel bei großen Lagerdrehzahlen ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die üblichen Fensterkäfige für Wälzlager eine ungleichmäßige umfangsseitige Masseverteilung und zudem eine nur geringe Elastizität in Umfangsrichtung aufweisen, so dass die mit solchen konventionellen Käfigen ausgerüsteten Wälzlager insbesondere dynamische Lastwechsel, wie zum Beispiel bei schnellen Drehzahländerungen auf hohem Drehzahlniveau, nicht dauerhaft ohne die Gefahr von Lagerschäden widerstehen können.
Die Erfindung betrifft daher ein Axialwälzlager mit zwei Lagerringen und zwischen den Lagerringen angeordnete sowie in einem Käfig aufgenommene kugelförmige Wälzkörper. Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist bei diesem Axialwälzlager vorgesehen, dass der Käfig einstückig ausgebildet ist und über seinen Umfang einen meanderförmig gewellten Verlauf zur Schaffung einer abwechselnden Abfolge von Wälzkörpertaschen und Federtaschen aufweist, wobei die Wälzkörper jeweils in den Wälzkörpertaschen aufgenommen sind und die Federtaschen unbestückt sind.
Der kreisförmige Käfig ist im Wesentlichen über seinen gesamten Umfang hinweg mäandrierend gewellt ausgebildet, wodurch eine alternierende Abfolge von nach radial innen oder nach radial außen offenen Wälzkörpertaschen und Federtaschen ausgebildet ist. Hierbei ist der Käfig sozusagen fensterfrei ausgebildet, das heißt, der Korpus des Käfigs weist keine Ausnehmungen zur Aufnahme und Führung von Wälzkörpern auf, wodurch sich in Verbindung mit einer über den Umfang hinweg konstanten Querschnittsgeometrie eine weitgehend gleichmäßige umfangsseitige Masseverteilung bei einem zugleich geringen Gewicht ergibt.
Die Federwirkung bzw. Elastizität der leeren Federtaschen verringert die Steifigkeit des Käfigs in tangentialer Richtung, wodurch sich in Verbindung mit der gleichförmigen Masseverteilung die Widerstandsfähigkeit des Wälzlagers gegenüber extremen dynamischen Lasten, insbesondere in Form von schnellen Drehzahländerungen auf hohem Drehzahlniveau erhöht.
Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Axialwälzlagers sieht vor, dass die Wälzkörpertaschen zumindest abschnittsweise einen in etwa halbkreisförmigen Verlauf und die Federtaschen zumindest abschnittsweise einen in etwa sinusförmigen und/oder in angenähert kreisbogenförmigen Verlauf aufweisen. Hierdurch ist eine großflächige Anlage der Wälzkörper in den Wälzkörpertaschen gewährleistet. Durch die sinusförmige und/oder kreisbogenförmige Ausbildung der Federtaschen wird eine erwünschte Federwirkung in Umfangsrichtung des Käfigs gegenüber tangential angreifenden Kräften erreicht. Hierbei verfügen die sinusförmigen Federtaschen im Vergleich zu den kreisbogenförmigen Federtaschen über eine geringfügig erhöhte Elastizität bzw. eine verringerte Steifigkeit.
In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Öffnungen der Wälzkörpertaschen radial nach innen weisen. Hierdurch werden die Wälzkörper durch die auf sie im Betrieb wirkende Zentrifugalkraft in die Wälzkörpertaschen hinein gedrückt.
Gemäß einer dazu alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, dass Öffnungen der Wälzkörpertaschen radial nach außen weisen. Dies ermöglicht unter anderem ein fertigungstechnisch leichteres Einsetzen der Wälzkörper von außen in den KäFigur Darüber hinaus drängt der solchermaßen ausgebildete Käfig bei hohen Lagerdrehzahlen unter dem Einfluss von Zentrifugalkräften tendenziell radial nach außen, gegen die umlaufenden Wälzkörper.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Wälzlagers sieht vor, dass die Wälzkörpertaschen jeweils eine Zusatzführung für die dort angeordneten Wälzkörper aufweisen. Hierdurch sind die Bewegungsmöglichkeiten der Wälzkörper in den Wälzkörpertaschen, insbesondere in radialer Richtung, weiter definiert eingeschränkt. Unter anderem wird hierdurch ein Herausfallen der Wälzkörper aus den Wälzkörpertaschen bei der Montage des Käfigs vermieden.
Die Zusatzführung weist in einer konstruktiv weiter konkretisierten Ausführungsform mindestens zwei im Bereich der Öffnung der Wälzkörpertasche ausgebildete Schnappnasen auf, die den jeweils zugeordneten Wälzkörper abschnittweise umgreifen. Die jeweils bevorzugt paarweise gegenüberliegend angeordneten und federnd ausgebildeten Schnappnasen sichern die Lage der Wälzkörper in den Wälzkörpertaschen, insbesondere in radialer Richtung. Wenn der Käfig zum Beispiel aus einem Kunststoffmaterial gebildet ist, können die Schnappnasen bereits während eines Spritzgussvorgangs unter Verwendung eines geeigneten Formwerkzeugs einstückig zusammen mit dem Käfig hergestellt werden.
Kommt zum Beispiel ein metallisches Flach- bzw. Bandmaterial oder ein derartiges Material aus Kunststoff mit einer rechteckförmigen Querschnittsgeometrie als Ausgangsmaterial für die Herstellung des Käfigs zum Einsatz, so werden bei einem beispielhaften Fertigungsablauf zunächst geeignete Kurvenverläufe (Wellen) in das Flachmaterial zur Ausbildung der Wälzkörpertaschen und der Federtaschen durch Umformen eingebracht. Anschließend wird das gewellte Flachmaterial auf die erforderliche Länge für einen Käfig abgelängt, wobei die Reduzierung der Umfangslänge aufgrund des gewellten Verlaufs zu berücksichtigen ist. Danach können z.B. U-förmige Einschnitte in das Flachmaterial zur Ausbildung der rechteckförmigen Schnappnasen eingestanzt oder eingeschnitten werden. Die Einschnitte können auch durch Laserstrahlschneiden erzeugt werden. Alternativ dazu können die Einschnitte auch vor dem Einbringen der Wellen in das Flachmaterial eingebracht werden. Jeweils zwei aufeinander folgende Einschnitte werden hierbei spiegelbildlich zueinander hergestellt, so dass die Basislinien dieser beiden U-förmigen Einschnitte parallel beabstandet zueinander verlaufen. Im Anschluss daran wird das gewellte und mit Einschnitten versehene Flachmaterial in die notwendige Kreisform gebracht und die dann gegeneinander stoßenden Enden des Flachmaterials zu einem Käfig zusammengefügt. Das Fügen kann beispielsweise durch Schweißen erfolgen.
Das Einbringen der Einschnitte kann alternativ auch nach dem thermischen Fügen der Enden des in die Kreisform umgeformten Zuschnittes erfolgen. Die mittels der U-förmigen Einschnitte gebildeten Laschen werden zur Schaffung der Schnappnasen dann aus der Ebene des Käfigs bzw. des Flachmaterials heraus gebogen, was auch vor dem Umformen in die Kreisform bzw. dem Fügen erfolgen kann.
Der Abstand zwischen den Schnappnasen einer jeden Wälzkörpertasche ist stets kleiner als der Durchmesser der beispielsweise kugelförmigen Wälzkörper, so dass sich die Wälzkörper erst nach Überwindung einer definierten Kraft in die Wälzkörpertaschen hineindrücken lassen und darin einrasten bzw. einschnappen. Auf diese Weise wird unter anderem ein Herausfallen der Wälzkörper aus den Wälzkörpertaschen während der Montage verhindert. Die Geometrie der Wälzkörpertasche ist so gestaltet, dass sich der jeweilige Wälzkörper unabhängig von der Zusatzführung leichtgängig in der Wälzkörpertasche drehen kann.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Zusatzführung für die Wälzkörper am Käfig durch mindestens zwei im Bereich der Öffnung der Wälzkörpertaschen aus dem Käfig ausgeformte Vorsprünge gebildet ist. Die umfangsbezogen gegenüberliegenden federnden Vorsprünge werden bevorzugt mittels eines geeigneten Biegeprozesses gleich bei der Einbringung der Wellen in das zur Anwendung kommende metallische Flachmaterial oder Kunststoffmaterial ausgebildet. Die Einbringung der U-förmigen Einschnitte, die prinzipiell eine, wenn auch vernachlässigbare strukturelle Schwächung des Käfigs darstellen, sind dann entbehrlich.
Der Abstand zwischen den genannten Vorsprüngen ist stets kleiner als der Durchmesser der Wälzkörper gewählt, um ein rastendes Einschnappen des Wälzkörpers in die betreffende Wälzkörpertasche zu erreichen. Zur Ausformung der Vorsprünge im Bereich der Wälzkörpertaschen weisen die Federtaschen bevorzugt einen Verlauf auf, der ungefähr dem Verlauf eines Kreisbogens entspricht. Hieraus resultiert im Vergleich zu den sinusförmigen Federtaschen, die im Fall der mit Einschnitten hergestellten Schnappnasen geformt werden, eine höhere Steifigkeit bzw. eine geringere Elastizität, wodurch die Toleranz des Wälzlagers gegenüber Tangentialkräften geringfügig reduziert ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Wälzlagers weist der Käfig eine vieleckige, insbesondere eine viereckige Querschnittsgeometrie auf, die über den Umfang des Käfigs hinweg im Wesentlichen konstant ist. Hieraus folgt unter anderem eine weitgehend gleichförmige Masseverteilung über den Umfang des Käfigs hinweg, die zu einer Vergleichmäßigung der Wirkung von angreifenden Zentrifugalkräften führt. Darüber hinaus kann der Käfig des erfindungsgemäßen Wälzlagers in fertigungstechnisch vorteilhafter Weise kontinuierlich aus einem endlosen Flach- bzw. Bandmaterial hergestellt werden.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass der Käfig aus einer Stahllegierung, vorzugsweise aus einem Federstahl, aus einer Messinglegierung, aus einem Kunststoffmaterial oder aus einer Kombination von mindestens zwei der genannten Werkstoffe gebildet ist.
Ein aus einer Stahllegierung, insbesondere aus einem Federstahl gebildeter Käfig weist insbesondere den Vorteil einer hohen Elastizität auf, die keinen Ermüdungserscheinungen unterliegt. Der Einsatz eines gegebenenfalls faserverstärkten thermoplastischen Kunststoffmaterials ermöglicht hingegen eine einfache Herstellung des Käfigs mittels bekannter Spritzgussverfahren in großen Stückzahlen. Alternativ dazu können auch faserarmierte duroplastische Kunststoffmaterialien zum Einsatz kommen. Durch eine Kombination von mindestens zwei der genannten Werkstoffe lassen sich deren vorteilhafte Eigenschaften erforderlichenfalls verbinden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Das erfindungsgemäß ausgebildete Axialwälzlager wird nachfolgend in drei bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine vereinfachte schematische Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Axialwälzlager gemäß einer ersten Ausführungsform,
2 eine Schnittdarstellung des Axialwälzlagers gemäß der Blickrichtung II-II in 1,
3 eine vereinfachte schematische Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Axialwälzlagers gemäß einer zweiten Ausführungsform,
4 eine Schnittdarstellung des Axialwälzlagers gemäß der Blickrichtung IV-IV in 3,
5 eine schematische Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Axialwälzlagers.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Axialwälzlagers 10. Dieses weist in einer axialen Ansicht zwei fluchtend hintereinander angeordnete Lagerringe 12 und 14 auf, zwischen denen kugelförmige Wälzkörper 16 angeordnet sind. Der Lagerring 12 ist nur teilweise dargestellt, um eine axiale Draufsicht auf den Käfig 20 des Axiallagers 10 zu ermöglichen. Die Lagerringe 12, 14 weisen unter anderem zur radialen Führung der Wälzkörper 16 jeweils eine in 1 nicht eingezeichnete, leicht konkav ausgebildete kreisförmige Führungsrinne auf. Die Wälzkörper 16 sind auf einem Wälzkörperteilkreis 18 angeordnet.
Der einstückige Käfig 20 ist in Umfangsrichtung gewellt ausgebildet, so dass er eine abwechselnde Abfolge von Wälzkörpertaschen 22 und Federtaschen 24 aufweist. Eine in 2 erkennbare Querschnittsgeometrie des Käfigs 20 ist über seinen Umfang hinweg im Wesentlichen konstant. Im gezeigten Ausführungsbeispiel der 1 verfügt der Käfig 20 über insgesamt zwölf Wälzkörpertaschen 22 und zwölf Federtaschen 24 zur Aufnahme und Führung von zwölf Wälzkörpern 16. Eine hiervon abweichende Anzahl von Wälzkörpertaschen und Federtaschen ist gleichfalls möglich, wobei die Anzahl der Wälzkörpertaschen und der Federtaschen jeweils gleich ist und lediglich die Wälzkörpertaschen 22 mit Wälzkörpern 16 besetzt sind. Die Wälzkörpertaschen 22 und die Federtaschen 24 sind deutlich erkennbar innerhalb der wellenförmigen Umfangsgeometrie des einstückigen Käfigs 20 ausgebildet. Die Wälzkörper 16 sind in den zugeordneten Wälzkörpertaschen 22 leicht drehbar aufgenommen.
Der angenähert sinusförmige bzw. mäanderförmige Verlauf der Federtaschen 24 bewirkt eine hohe Elastizität des Käfigs 20, so dass insbesondere tangential angreifende Kräfte effektiv absorbiert werden können und eine Beschädigung des Käfigs 20 vermieden wird.
Demgegenüber dienen die Wälzkörpertaschen 22, die zumindest abschnittsweise einen ungefähr halbkreisförmigen Verlauf aufweisen, der Aufnahme und Führung der kugelförmigen Wälzkörper 16. Zur weiteren Lagesicherung des jeweiligen Wälzkörpers 16 in der Wälzkörpertasche 22, insbesondere in radialer Richtung, sind im Bereich einer radial nach innen weisenden Öffnung 26 der Wälzkörpertasche 22 zwei gegenüberliegend angeordnete Schnappnasen 28, 30 vorhanden. Ein nicht bezeichneter umfangsbezogener Abstand zwischen den Schnappnasen 28 und 30 ist so bemessen, dass er kleiner ist als ein ebenfalls nicht bezeichneter Durchmesser der Wälzkörper 16. Hierdurch können die Wälzkörper 16 erst durch die Überwindung einer bestimmten Gegenkraft in die Wälzkörpertaschen 22 hineingedrückt werden und rasten bzw. schnappen dabei in diese ein.
Die Geometrie der Wälzkörpertaschen 22 ist so gewählt, dass sich die Wälzkörper 16 nach dem Eindrücken leichtgängig in den Wälzkörpertaschen 22 drehen können. Das Axiallager 10 rotiert im Betrieb um eine idealisiert dargestellte Drehachse 32, wobei die Öffnungen 26 der Wälzkörpertaschen 22 radial nach innen gerichtet sind, das heißt auf die Drehachse 32 als Mittelpunkt des Wälzlagers 10 weisen. Die Schnappnasen 28, 30 stellen eine Zusatzführung für den jeweiligen Wälzkörper 16 dar und sind bevorzugt zusammen mit dem Käfig 20 hergestellt.
Eine Wälzkörperkontaktfläche 34 der Wälzkörpertasche 22 kann gegebenenfalls zumindest abschnittweise ebenfalls leicht konkav ausgebildet sein, um die Führung des Käfigs 20 parallel zur Drehachse 32 zwischen den Lagerringen 12, 14 zu optimieren. Eine Gesamtamplitude 36 des gewellten Käfigs 20 bzw. dessen radiale Erstreckung ist kleiner oder gleich einer Breite 38 der Lagerringe 12, 14.
Der Käfig 20 weist aufgrund der leeren, das heißt nicht mit Wälzkörpern 16 besetzten Federtaschen 24, die jeweils zwischen zwei mit Wälzkörpern 16 besetzten Wälzkörpertaschen 22 angeordnet sind, eine hohe Elastizität bzw. eine geringe tangentiale Steifigkeit auf. Daneben verfügt der Käfig 20 aufgrund seiner wellenförmig ausgebildeten Umfangskontur sowie der über den Umfang hinweg annähernd konstanten Querschnittsgeometrie über eine recht gleichmäßige Masseverteilung. Durch das Zusammenwirken dieser beiden Konstruktionsmerkmale kann das erfindungsgemäße Axiallager 10 auch hohe Tangentialund Zentrifugalkräfte, wie sie bei extremen dynamischen Belastungen, insbesondere bei hohen Drehzahlen und schnellen Drehzahländerungen, auftreten, gutmütig abfangen. Darüber hinaus erlaubt der gewellte Käfig 20 einen reibungsarmen Betrieb des Wälzlagers 10.
Die 2 zeigt eine prinzipielle Schnittdarstellung des Axialwälzlagers 10 gemäß der Blickrichtung II-II in 1. Ein kugelförmiger Wälzkörper 16 ist zwischen den beiden Lagerringen 12, 14 aufgenommen und wird in zwei konkav ausgebildeten Laufflächen 40, 42 der Lagerringe geführt, wobei zumindest einer der beiden Lagerringe des Wälzlagers 10 im Betrieb um die Drehachse 32 rotiert. Die Krümmung der konkav ausgebildeten Laufflächen 40, 42 korrespondiert mit dem Krümmungsradius des Wälzkörpers 16, um eine möglichst vollflächige Anlage zwischen dem Wälzkörper 16 und den Laufflächen 40, 42 zu erzielen. Der Wälzkörper 16 wird darüber hinaus, insbesondere in der Umfangsrichtung des Axialwälzlagers 10, durch die Wälzkörpertasche 22 und die Schnappnase 30 des Käfigs 20 derart geführt, dass ein vorbestimmter Abstand zu den benachbarten Wälzkörpern erhalten bleibt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel der 2 ist die Wälzkörperkontaktfläche 34 der Schnappnase 30 eben ausgebildet.
Der Käfig 20 verfügt im gezeigten Ausführungsbeispiel über eine entlang seines Umfangs im Wesentlichen gleichbleibende, rechteckförmige Querschnittsgeometrie und kann daher in fertigungstechnisch vorteilhafter Weise zum Beispiel aus einem Zuschnitt geeigneter Länge aus einem endlosen metallischen Bandbzw. einem Flachmaterial hergestellt sein. Vor oder nach dem Einbringen der weiter obern beschriebenen Wellen können die Schnappnasen 28, 30 beispielsweise durch das Einbringen einer entsprechenden Anzahl von U-förmigen Einschnitten hergestellt werden, die vorzugsweise erst nach dem thermischen Fügen des Käfigs aus der Ebene des Zuschnittes bzw. des Käfigs herausgebogen bzw. aufgestellt werden. Hierbei ist es erforderlich, zwei aufeinander folgende U-förmige Einschnitte jeweils spiegelbildlich zueinander auszubilden, damit jeweils zwei Schnappnasen 28, 30 im Bereich einer Öffnung 26 der betreffenden Wälzkörpertasche 22 zueinander gerichtet sind. Die Einschnitte zur Ausbildung der Schnappnasen 28, 30 können beispielsweise durch Stanzen, Laserstrahlschneiden oder andere Verfahren in den Zuschnitt eingebracht werden.
Für den Fall, dass der Käfig 20 aus einem Kunststoffmaterial, insbesondere aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial gebildet ist, können die Schnappnasen 28, 30 auf einfache Art und Weise im Zuge des Spritzgussprozesses zur Herstellung des Käfigs 20 gleich mit ausgebildet werden. Der Einsatz eines Kunststoffmaterials erlaubt es, die ohnehin schon geringe Masse des Käfigs 20 im Vergleich zur Stahlausführung noch weiter zu minimieren. Darüber hinaus ist ein Käfig 20 aus einem geeigneten Kunststoffmaterial, insbesondere einem thermoplastischen Kunststoff wie zum Beispiel Polytetrafluoräthylen (PTFE), in der Regel zumindest in begrenztem Umfang selbstschmierend, wodurch der Einsatz zusätzlicher Schmierstoffe zumindest verringert werden kann.
3 zeigt eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Axialwälzlagers 50 mit einem abweichend gestalteten Käfig 22, ansonsten aber mit identischem Aufbau wie in 1 und 2. Das Axialwälzlager 50 umfasst die beiden Lagerringe 12 und 14, zwischen denen Wälzkörper 16 aufgenommen sind. Die Wälzkörper 16 bewegen sich entlang des Wälzkörperteilkreises 18 auf den hier nicht sichtbaren, leicht konkaven Laufflächen 40, 42 der Lagerringe 12 und 14. Ein gleichfalls in Umfangsrichtung im Wesentlichen wellenförmiger Käfig 52 weist im Vergleich zum Käfig 20 nach den 1 und 2 eine davon abweichende geometrische Formgebung auf.
In einer Wälzkörpertasche 54, die im Querschnitt einen näherungsweise kreisbogenförmigen Verlauf hat, ist der Wälzkörper 16 so eingesetzt, dass dieser darin leicht drehbar ist. An die Wälzkörpertasche 54 schließt sich rechtsseitig eine leere Federtasche 56 an, deren Verlaufsform näherungsweise einer im Scheitelbereich abgeflachten bzw. gestauchten Sinuskurve entspricht. Auf der linken Seite der Wälzkörpertasche 54 schließt sich eine ebenso gestaltete weitere Federtasche 56 an.
Insgesamt verfügt der Käfig 52 in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel über eine Abfolge von zwölf Wälzkörpertaschen 54 zur Aufnahme von Wälzkörpern 16 und zwölf unbesetzten, d.h. leeren Federtaschen 56, die jeweils abwechselnd aufeinander folgen. Im Bereich einer Öffnung 58 der Wälzkörpertasche 54 sind wiederum zwei gegenüberliegend angeordnete Schnappnasen 60, 62 vorgesehen, die das rastende Hineindrücken der Wälzkörper 16 in die Wälzkörpertasche 54 sowie deren Lagesicherung in radialer Richtung ermöglichen. Im Bereich einer Wälzkörperkontaktfläche 64 liegt der Wälzkörper 16 zumindest bereichsweise an der Wälzkörpertasche 54 an.
Im Unterschied zur Ausführungsform des Käfigs 20 gemäß den 1 und 2 ist die Öffnung 58 der Wälzkörpertasche 54 radial nach außen, das heißt von der Drehachse 32 als Mittelpunkt des Wälzlagers 10 weggerichtet. Hierdurch ist unter anderem eine verbesserte Zugänglichkeit beim Eindrücken der Wälzkörper 16 in die Wälzkörpertaschen 54 gegeben. Die weiteren konstruktiven Einzelheiten des Käfigs 52 entsprechen denen des Käfigs 20, so dass an dieser Stelle auf die im Rahmen der Beschreibung der 1 und 2 bereits gemachten Ausführungen verwiesen wird.
4 zeigt eine prinzipielle Schnittdarstellung durch das Wälzlager 50 aus der Blickrichtung IV-IV in 3. Der Wälzkörper 16 wird erkennbar durch die leicht konkaven Laufflächen 40, 42 der Lagerringe 12, 14 geführt. Durch den Käfigs 52 ist ein gleichmäßiger, umfangsseitiger Abstand der Wälzkörper 16 untereinander sichergestellt. Zugleich ist durch den in der Wälzkörpertasche 54 aufgenommenen Wälzkörper 16 eine Führung des Käfigs 52 parallel zur Drehachse 32 realisiert.
Die Schnappnasen 60, 62 ermöglichen zum einen das rastende Hineindrücken des Wälzkörpers 16 in die Wälzkörpertasche 54. Zum anderen unterstützen die Schnappnasen 60, 62 die Lagesicherung des Wälzkörpers 16 in der Wälzkörpertasche 54 nach deren Einsetzen. Die Wälzkörperkontaktfläche 64 der Wälzkörpertasche 54 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel der 4 wiederum eben ausgeführt, sie kann abweichend hiervon aber auch entsprechend eines Krümmungsradius des Wälzkörpers 16 leicht konkav ausgebildet sein, um die Auflagefläche zwischen dem Wälzkörper 16 und der Wälzkörpertasche 54 zu vergrößern.
Die 5 zeigt eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Axialwälzlagers 70 mit einem Käfig 72, in den ein anderen Wellenverlauf bzw. Kurvenverlauf eingeformt ist. Auch bei diesem Axiallager 70 sind zwei Lagerringe 12, 14 vorhanden, zwischen denen in dem Käfig 72 angeordnete Wälzkörper 16 aufgenommen sind. Das Wälzlager 70 rotiert im Betrieb um die Drehachse 32, während sich die Wälzkörper 16 entlang des Wälzkörperteilkreises 18 abwälzen.
Der Käfig 72 ist wiederum mit einer abwechselnden Abfolge von Wälzkörpertaschen 74 und Federtaschen 76 ausgestattet, von denen die mittlere Wälzkörpertasche 74 und die Federtasche 76 repräsentativ mit Bezugsziffern versehen sind. In den Wälzkörpertaschen 74 sind die jeweiligen Wälzkörper 16 leicht drehbar aufgenommen, während die Federtaschen 76 leer sind.
Im Bereich einer Öffnung 78 einer jeden Wälzkörpertasche 74 sind zwei gegenüberliegende Vorsprünge 80, 82 integral am Käfig 72 ausgeformt. Die Öffnung 78 der Wälzkörpertasche 74 weist hierbei radial nach innen, in Richtung zur Drehachse 32. Die gegenüberliegend ausgeformten Vorsprünge 80, 82 stellen eine Hinterschneidung der Wälzkörpertasche 74 dar, durch deren Wirkung der Wälzkörper 16 rastend in die Wälzkörpertasche 74 eingeschnappt werden kann. Um diesen Effekt erreichen zu können, ist ein nicht bezeichneter Abstand zwischen den Vorsprüngen 80, 82 zumindest geringfügig größer gewählt als der Radius der Wälzkörper 16, wodurch sich eine leichte Presspassung ergibt.
Die Wälzkörpertaschen 74 verfügen entsprechend den vorherigen Ausführungsformen über eine zumindest abschnittsweise kreisförmige geometrische Gestalt, um eine möglichst großflächige Anlage des Wälzkörpers 16 an eine Wälzkörperkontaktfläche 84 zu erzielen.
Die Federtasche 76 weist hingegen eine kurvenförmige Kontur auf, deren Verlauf in etwa einem Kreisbogen 86 bzw. einer stark im Scheitelpunkt abgeflachten Halbwelle einer Sinuskurve entspricht. Der Kreisbogen 86 ist mit einer punktierten Linie angedeutet. Die Querschnittsgeometrie des Käfigs 72 ist über dessen Umfang hinweg gleichbleibend, wiederum vorzugsweise rechteckförmig oder quadratisch ausgestaltet. Die vorstehenden Ausführungen zur geometrischen Gestaltung gelten für alle übrigen, nicht bezeichneten Wälzkörpertaschen, Federtaschen und Wälzkörper dieses Käfigs 72 entsprechend.
Aufgrund der näherungsweise kreisbogenförmigen Ausgestaltung der Federtasche 76 ergibt sich im Vergleich zu einer Federtasche mit einem ungefähr sinusförmigen Verlauf (vergleiche insbesondere 1) eine geringfügig reduzierte Federwirkung, die zu einer höheren Steifigkeit in tangentialer Richtung und hiermit einhergehend zu einer geringeren Toleranz des Käfigs 72 gegenüber Tangentialkräften führt.
Im Unterschied zu den aus den Käfigen 20, 52 herausgebogenen Schnappnasen in den beiden vorab erläuterten Ausführungsformen des Axiallagers 10, 50 nach den 1 bis 4 fügen sich die Vorsprünge 80, 82 hier weitgehend stetig in den gewellten Kurvenverlauf des Käfigs 72 ein. Der Vorteil gegenüber den beiden anderen Ausführungsformen liegt darin, dass die Vorsprünge 80, 82 im Zuge der Formung der Wellen zur Schaffung der Wälzkörpertaschen 74 sowie der Federtaschen 76 am Käfig 72 gleich mit ausgeformt werden können. Dies bedeutet, dass im Wesentlichen nur ein Umformprozess und ein thermischer Fügeprozess zur Herstellung des vollständigen Käfigs 72 notwendig sind. Das zusätzliche Einbringen von U-förmigen Einschnitten in den Käfig 72 und das anschließende Herausbiegen der auf diese Weise gebildeten Rechtecklaschen zur Ausbildung der Schnappnasen entfällt ebenso wie die durch die Einschnitte bedingte mechanisch-strukturelle Schwächung des Käfigs 72.
Im Übrigen entspricht die weitere technische Ausgestaltung des Wälzlagers 70 den bereits beschriebenen Ausführungsformen, so dass hinsichtlich der weiteren konstruktiven Einzelheiten des Wälzlagers 70 auf die Beschreibung der 1 bis 4 verwiesen werden kann.
Bezugszeichenliste

10: Axial wälzlager
12: Lagerring
14: Lagerring
16: Wälzkörper
18: Wälzkörperteilkreis
20: Käfig, gewellt
22: Wälzkörpertasche
24: Federtasche
26: Öffnung in 22
28: Schnappnase
30: Schnappnase
32: Drehachse des Wälzlagers
34: Wälzkörperkontaktfläche
36: Radiale Erstreckung von 20
38: Breite der Lagerringe
40: Lauffläche der Lagerringe
42: Lauffläche der Lagerringe
50: Axialwälzlager
52: Käfig, gewellt
54: Wälzkörpertasche
56: Federtasche
58: Öffnung in 54
60: Schnappnase
62: Schnappnase
64: Wälzkörperkontaktfläche
70: Axialwälzlager
72: Käfig, gewellt
74: Wälzkörpertasche
76: Federtasche
78: Öffnung 74
80: Vorsprung (ausgeformt)
82: Vorsprung (ausgeformt)
84: Wälzkörperkontaktfläche
86: Kreisbogen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4220973 A1 [0004]
DE 4222175 A1 [0005]
DE 4131284 A1 [0006]
DE 1725627 U [0007]

Claims

Axialwälzlager (10, 50, 70) mit zwei Lagerringen (12, 14) und zwischen den Lagerringen (12, 14) angeordneten sowie in einem Käfig aufgenommenen kugelförmigen Wälzkörpern (16), dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (20, 52, 72) einstückig ausgebildet ist und über seinen Umfang einen meanderförmig gewellten Verlauf zur Schaffung einer abwechselnden Abfolge von Wälzkörpertaschen (22, 54, 74) und Federtaschen (24, 56, 76) aufweist, wobei die Wälzkörper (16) jeweils in den Wälzkörpertaschen (22, 54, 74) aufgenommen sind und die Federtaschen (24, 56, 76) unbestückt sind.
Axialwälzlager (10, 50, 70) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörpertaschen (22, 54, 74) zumindest abschnittsweise einen in etwa halbkreisförmigen Verlauf und die Federtaschen (24, 56, 76) zumindest abschnittsweise einen in etwa sinusförmigen und/oder in etwa kreisbogenförmigen Verlauf aufweisen.
Axialwälzlager (10, 70) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Öffnungen (26, 78) der Wälzkörpertaschen (22, 74) radial nach innen weisen.
Axialwälzlager (50) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Öffnungen (58) der Wälzkörpertaschen (54) radial nach außen weisen.
Axialwälzlager (10, 50, 70) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörpertaschen (22, 54, 74) eine Zusatzführung für die jeweiligen Wälzkörper (16) aufweist.
Axialwälzlager (10, 50) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzführung mindestens zwei im Bereich der Öffnung der Wälzkörpertasche (22, 54) ausgebildete Schnappnasen (28, 30, 60, 62) aufweist.
Axialwälzlager (70) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzführung durch mindestens zwei im Bereich der Öffnung der Wälzkörpertasche (74) aus dem Käfig (72) ausgeformte Vorsprünge (80, 82) gebildet ist.
Axialwälzlager (10, 50, 70) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (20, 52, 72) eine vieleckige Querschnittsgeometrie aufweist, die über den Umfang des Käfigs (20, 52, 72) hinweg im Wesentlichen konstant ist.
Axialwälzlager (10, 50, 70) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (20, 52, 72) aus einer Stahllegierung, aus einer Messinglegierung, aus einem Kunststoffmaterial oder aus einer Kombination von mindestens zwei der genannten Werkstoffe gebildet ist.