DE102013221360A1 - Radiallager - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Radiallager, umfassend einen ringförmigen Käfig mit mehreren ausgenommenen Taschen, in denen jeweils ein zylindrischer Wälzkörper, insbesondere eine Nadel aufgenommen ist, wobei der Käfig beidseits sich radial erstreckende Borde aufweist. Erfindungsgemäß ist an den Borden (7) im Bereich jeder Tasche (3) eine zum Tascheninneren gerichteter Wölbung (8), gegen die eine jeweilige Stirnfläche (10) des in der Tasche (3) aufgenommenen Wälzkörpers (4) axial läuft, angeordnet.

Description

• Gebiet der Erfindung
• Die Erfindung betrifft ein Radiallager, umfassend einen ringförmigen Käfig mit mehreren ausgenommenen Taschen, in denen jeweils ein zylindrischer Wälzkörper, insbesondere eine Nadel, aufgenommen ist, wobei der Käfig beidseits sich radial erstreckende Borde aufweist.
• Hintergrund der Erfindung
• In vielen Bereichen der Technik werden Radiallager zur Drehlagerung eines Bauteils eingesetzt. Ein Beispiel ist die Lagerung von Zahnrädern, beispielsweise von Planetenrädern eines Planetengetriebes. Das zu lagernde Bauteil wird über das Radiallager direkt gelagert. Bei einigen Anwendungen kommt es durch die Einleitung der Betriebslasten in die zu lagernden Komponenten zu axialen Kräften und Kippmomenten, die einen resultierenden axialen Schub auf die Wälzkörper des Radiallagers erzeugen. So ergibt sich beispielsweise bei einem Planetenrad durch die am Planetenrad vorgesehene Schrägverzahnung ein Kippmoment, das auch auf das Radiallager wirkt. Dieses Kippmoment führt zur Verschränkung der Wälzkörper und führt dadurch zu einer axialen Wanderbewegung der Wälzkörper in der Käfigtasche, was sich in axialen Kräften auf die Wälzkörper äußert. Diese Kräfte drücken die Wälzkörper mit ihrer Stirnseite an die jeweilige axiale Berandung der Käfigtasche. Da der Käfig üblicherweise aus Metall ist und die einzelnen Käfigtaschen ausgestanzt sind, ergibt sich in diesem Kontaktbereich Reibung und Verschleiß, da es zu einer Relativbewegung kommt. Denn einerseits rotieren die Wälzkörper, also beispielsweise die Nadeln, relativ zum Käfig. Andererseits ist, da die Tasche im Querschnitt rechteckig ist, letztlich ein relativ großflächiger Kontakt gegeben, die taschenseitige Berandung ist stegartig. Der axiale Wälzkörperanlauf bringt folglich Probleme hinsichtlich Reibung und Verschleiß am Käfig mit sich, was in letzter Konsequenz zum Versagen des Käfigs führen kann, der hierüber im Extremfall sogar „aufgebohrt” werden kann, d. h., dass das Käfigmaterial sogar soweit abgetragen werden kann, dass der Käfig in diesem Bereich aufbricht.
• Aufgabe der Erfindung
• Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, ein Radiallager zu konzipieren, das demgegenüber verbessert ist und selbst bei einem Anlauf der Wälzkörper am Käfig nur eine reduzierte Reibung und damit eine verbesserte Verschleißfestigkeit aufweist.
• Beschreibung der Erfindung
• Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Radiallager der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass an den Borden im Bereich jeder Tasche eine zum Tascheninneren gerichtete Wölbung, gegen die die jeweilige Stirnfläche des in der Tasche aufgenommenen Wälzkörpers axial läuft, ausgebildet ist.
• Der beim erfindungsgemäßen Radiallager vorgesehene Käfig zeichnet sich durch eine bestimmte Geometrie an den Borden aus. Diese sind derart ausgestaltet, dass an jedem Bord, innenseitig und zum Tascheninneren gerichtet, eine punktuelle Wölbung angeordnet ist. Diese Wölbung dient als Anlauf- oder Kontaktstelle für den Wälzkörper, der dagegen mit seiner Stirnfläche anläuft. Es ergibt sich also idealerweise nur ein Punktkontakt zwischen Stirnfläche und Wölbung, so dass die Reibung und zwangsläufig damit auch der Verschleiß deutlich reduziert wird. Ein großflächiger, linienartiger Kontakt, wie bei bisher bekannten Radiallagern, wo der Wälzkörper gegen die Taschenflanke anläuft, ist hier mit besonderem Vorteil nicht mehr gegeben, nachdem die Wölbung soweit zum Tascheninneren eingreift, dass der Wälzkörper ausschließlich gegen die Wölbung läuft. Nachdem jede Tasche in beiden Richtungen über jeweils eine Wölbung „abgeschlossen” ist, ist folglich unabhängig davon, in welche Richtung der Wälzkörper aufgrund seiner Axialbelastung wandert, ein reibungsarmes Anlaufen ermöglicht.
• Besonders bevorzugt ist dabei, die Wölbung derart relativ zu den Wälzkörpern zu positionieren, dass der jeweilige Wälzkörper im Bereich des Zentrums der jeweiligen Stirnfläche gegen die Wölbung läuft. Idealerweise läuft also der Wälzkörper mit seiner runden Stirnfläche genau mit dem Flächenzentrum, in dem auch seine Drehachse liegt, gegen die Wölbung. Da idealerweise ein Punktkontakt gegeben ist, ergibt sich letztlich eine minimale Relativgeschwindigkeit zwischen Stirnfläche und Wölbung. Selbst bei einem leichten außermittigen Versatz des Kontaktes ist nur eine geringe Relativgeschwindigkeit zwischen Stirnfläche und Wölbung gegeben, die Reibung ist nach wie vor äußerst gering.
• Die Wölbungen sind bevorzugt durch axiale Eindrückungen an den Borden ausgebildet. Diese können ohne Weiteres beim Herstellen des üblicherweise aus Metall gefertigten Käfigs erzeugt werden, gegebenenfalls parallel mit dem Ausstanzen der einzelnen Taschen.
• Die Taschen werden gemäß einer besonders zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung flächenbündig mit den Borden ausgeformt. D. h., dass – anders als im Stand der Technik – die Tasche, axial gesehen, bis direkt an den Bord läuft. im Stand der Technik ist jeweils noch ein Axialsteg verblieben, gegen den wie eingangs erläutert die Stirnfläche des Wälzkörpers anläuft. Wird die Tasche jedoch bis direkt an den Bord gezogen, so kann die axiale Erstreckung der Wölbung relativ gering gehalten werden, da selbst eine flache Wölbung weiter ins Tascheninnere vorspringt als die axiale Taschenberandung, in diesem Fall also der Bord. Die Wölbungen können auch sehr einfach erzeugt und ausgeformt werden, beispielsweise wie beschrieben bereits beim Profiliervorgang des Bandes, aus dem der Käfig gebildet wird. Dabei handelt es sich bevorzugt um ein Metallband, nachdem der Käfig wie beschrieben vorzugsweise aus Metall ist. Die Taschen werden entsprechend ausgestanzt, die Wölbungen entsprechend eingedrückt.
• Das Radiallager kann ein beliebiges Zylinderrollenlager sein, vorzugsweise ist es ein Nadellager.
• Kurze Beschreibung der Zeichnung
• Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Radiallagers wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
• 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Radiallagers in Form eines Nadellagers;
• 2 eine vergrößerte Detailansicht des Bereichs II aus 1.
• Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
• 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Radiallager 1, umfassend einen ringförmigen Käfig 2 mit mehreren ausgenommenen Taschen 3, in denen jeweils ein zylindrischer Wälzkörper 4, hier exemplarisch eine Nadel, aufgenommen ist.
• Die Taschen 3 sind in Umfangsrichtung gesehen über Querstege 5 voneinander getrennt respektive in Umfangsrichtung begrenzt, wobei jeder Quersteg 5 im mittigen Bereich eine radial nach innen geformte Einbiegung 6 aufweist, über die die Wälzkörper geführt sind.
• Axial gesehen ist jede Tasche 3 über jeweils einen radial nach innen gezogenen Bord 7 begrenzt. D. h., dass sich jede Tasche 3 axial bis unmittelbar an den jeweiligen Bord 7 erstreckt.
• Jeder Bord 7 weist – siehe 2 – zum Inneren der jeweiligen angrenzenden Tasche 3 eine entsprechende Anzahl an punktuellen Wölbungen 8 auf, die im gezeigten Ausführungsbeispiel über eine entsprechende, axial gesehen von außen eingebrachte lokale Eindrückungen 9 realisiert sind. Jede Wölbung 8 dient als Anlaufpunkt für den jeweiligen Wälzkörper 4, der gegen die Wölbung 8 mit seiner Stirnfläche 9 läuft. Die Wölbung stellt idealerweise eine Art Punktkontakt dar, d. h., dass die effektive Kontaktfläche zwischen Wölbung 9 und Stirnfläche 10 sehr klein ist. Die Wölbung ist bevorzugt so positioniert, dass der Wälzkörper 4 mit dem Zentrum 11 der Stirnfläche, das genau auf seiner Drehachse liegt, gegen die Wölbung läuft. Je zentrumsnaher der Kontakt zwischen Stirnfläche 10 und Wölbung 8 ist, umso geringer ist die Relativgeschwindigkeit zwischen Stirnfläche und Wölbung, mithin also zwischen den beiden relativ zueinander beweglichen Bauteilen, nämlich Wälzkörper 4 und Käfigbord 7. Darüber hinaus ist auch die Schmiermittelversorgung in diesem Kontaktbereich verbessert, als aufgrund der Wölbungsgeometrie stets Schmiermittel bis in den Kontaktbereich treten kann. Auch sind keine scharfen Kanten im Kontaktbereich gegeben, wie dies bei bisher bekannten Käfigausgestaltungen war, bei denen ein axialer Randsteg die Tasche begrenzt hat, gegen den der Wälzkörper mit seiner Stirnfläche angelaufen ist und der im Bereich des oberen Endes der Stirnfläche positioniert war.
• Infolge der erfindungsgemäße vorgesehenen Ausgestaltung des Käfigs mit den jeweils bis zum jeweiligen Bord 7 verlängert ausgeführten Taschen 3 und den jeweiligen Wölbungen 8 an den Borden ist folglich eine extrem reduzierte Reibung auch bei axialem Anlauf infolge einer betriebsbedingt auf die Wälzkörper wirkenden Axialkraft gegeben, woraus eine deutlich verbesserte Verschleißfestigkeit resultiert. Selbstverständlich sind die Wölbungen 8 an den einander gegenüberliegenden Borden 7 spiegelbildlich zueinander positioniert, um in beiden Richtungen einen optimierten Wälzkörperanlauf zu realisieren.
• Die Wölbungen 8 respektive die Eindrückungen 9 werden bevorzugt bereits bei der Bearbeitung des Metallbandes, aus dem der Käfig geformt wird, durch entsprechende Umformbearbeitung eingebracht.
• Bezugszeichenliste

1

Radiallager

2

Käfig

3

Taschen

4

Wälzkörper

5

Quersteg

6

Einbiegung

7

Bord

8

Wölbung

9

Eindrückung

10

Stirnfläche

11

Zentrum

Claims (6)

1. Radiallager umfassend einen ringförmigen Käfig mit mehreren ausgenommenen Taschen, in denen jeweils ein zylindrischer Wälzkörper, insbesondere eine Nadel aufgenommen ist, wobei der Käfig beidseits sich radial erstreckende Borde aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass an den Borden (7) im Bereich jeder Tasche (3) eine zum Tascheninneren gerichtete Wölbung (8), gegen die eine jeweilige Stirnfläche (10) des in der Tasche (3) aufgenommenen Wälzkörpers (4) axial läuft, angeordnet ist.
2. Radiallager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wölbungen (8) derart relativ zu den Wälzkörpern (4) positioniert ist, dass der jeweilige Wälzkörper (4) im Bereich des Zentrums (11) der jeweiligen Stirnfläche (10) gegen die Wölbung (8) läuft.
3. Radiallager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wölbungen (8) durch axiale Eindrückungen (9) an den Borden (7) ausgebildet sind.
4. Radiallager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Taschen (3) flächenbündig mit den Borden (7) ausgeformt sind.
5. Radiallager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (2) aus Metall und die Taschen (3) ausgestanzt sind.
6. Radiallager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Nadellager (1) ist.

Images