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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Tandem-Schrägwälzlager nach den oberbegriffsbilden den Merkmalen des Patentanspruchs 1, welches insbesondere vorteilhaft zur Abstützung von Wellen und Naben mit axialer und radialer Momentbelastung, beispielsweise zur Abstützung der Kegelritzelwelle in einem Kraftfahrzeug-Hinterachsgetriebe, geeignet ist.
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Hintergrund der Erfindung
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Dem Fachmann in der Wälzlagertechnik ist es allgemein bekannt, dass die Abstützung von Wellen oder Naben mit axialer und radialer Momentbelastung zumeist über Schrägwälzlager erfolgt, die aufgrund der hohen Beanspruchung in aller Regel als zwei gegeneinander angestellte sowie in Axialrichtung vorgespannte Kegelrollenlager ausgebildet sind. Diese Kegelrollenlager werden bei hohen auftretenden Axialkräften mit einem großen Druckwinkel ausgebildet und sorgen für eine hohe Steifigkeit der abgestützten Welle.
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Da bei derartigen Kegelrollenlagern jedoch aufgrund ihrer Vorspannung zwischen der Stirnfläche der Kegelrollen und der Führungsfläche des Lagerbords eine gleitende Reibung einsetzt, durch die es zu einem Verschleiß an den Kegelrollen und am Lagerbord kommt, wurde es durch die
DE 198 39 481 A1 vorgeschlagen, die Kegelrollenlager durch einseitig belastbare Tandem-Schrägkugellager zu ersetzen, die zueinander in O-Anordnung angestellt sind. Durch den Einsatz solcher Tandem-Schrägkugellager anstelle von Kegelrollenlagern sollte dabei erreicht werden, dass sich aufgrund der nunmehr entfallenden Gleitreibung zwischen den Lagerkugeln und den Laufbahnschultern ein wesentlich geringeres Reibmoment ergibt, durch das der Verschleiß und die Temperatur des Lagers gesenkt und dessen Wirkungsgrad verbessert wird.
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Dennoch hat sich ein solcher Ersatz von Kegelrollenlagern durch Tandem-Schrägkugellager in der Praxis dahingehend als nachteilig erwiesen, dass diese Tandem-Schrägkugellager durch die nebeneinander angeordneten Laufbahnen für die Lagerkugeln sowie durch die zum Erreichen der erforderlichen Traglast großen Durchmesser der Lagerkugeln im Vergleich zu Kegelrollenlagern einen erhöhten axialen und radialen Einbauraum erfordern. Soll ein solches Tandem-Schrägkugellager darüber hinaus noch eine höhere Traglast als ein Kegelrollenlager aufweisen, sind somit aufwändige Änderungen der Lagersitze notwendig, welche die Herstellungskosten des jeweiligen Bauteils in nachteiliger Weise erhöhen. Darüber hinaus verursachen solche Tandem-Schrägkugellager gegenüber Kegelrollenlagern auch einen erhöhten Fertigungs- und Materialaufwand, so dass sich deren Herstellungskosten ebenfalls erhöhen.
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Zur Vermeidung dieser Nachteile wurde es deshalb durch die
DE 10 2005 029 983 A1 vorgeschlagen, bei einem bekanntermaßen aus einem inneren und einem äußeren Lagerring bestehenden zweireihigen Schrägwälzlager die zwischen den Lagerringen angeordneten Wälzkörper jeder Reihe anstelle von Lagerkugeln als Kugelrollen mit jeweils zwei symmetrisch von einer Kugelgrundform abgeflachten, parallelen Seitenflächen auszubilden und beide Reihen ähnlich wie bei Tandem-Schrägkugellagern mit unterschiedlichen Teilkreisdurchmessern höhenversetzt nebeneinander anzuordnen. Die Kugelrollen der Reihe auf dem größeren Teilkreis weisen dabei in ihrer Kugelgrundform einen größeren Durchmesser als die Kugelrollen der Reihe auf dem kleineren Teilkreis auf und beide Reihen werden bei gegenseitiger Führung der jeweils benachbarten Kugelrollen durch einen gemeinsamen Lagerkäfig in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen zueinander gehalten. Darüber hinaus rollen die Kugelrollen beider Reihen mit ihren Laufflächen in jeweils zwei benachbarten rillenförmigen Laufbahnen im äußeren und im inneren Lagerring ab, die parallel zueinander verlaufende Druckwinkelachsen aufweisen und derart aneinander angrenzend angeordnet sind, dass die jeweils benachbarten Kugelrollen beider Reihen auf einer gemeinsamen Rotationsachse angeordnet sind. Durch die Verwendung von Kugelrollen als Wälzkörper soll sich ein solches Schrägwälzlager gegenüber Tandem-Schrägkugellagern vor allem durch einen minimierten axialen und radialen Einbauraum sowie durch eine gleiche oder erhöhte Tragfähigkeit bei vergleichbaren Herstellungskosten auszeichnen.
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In der Praxis hat es sich bei dem mit der
DE 10 2005 029 983 A1 vorgeschlagen Tandem-Kugelrollenlager jedoch gezeigt, dass der durch die gemeinsame Rotationsachse der jeweils benachbarten Kugelrollen beider Reihen angestrebte Synchronlauf zwischen den in einer gemeinsamen Käfigtasche angeordneten Kugelrollen unter bestimmten Lastverhältnissen verloren geht, mit der Folge, dass zwischen den zueinander weisenden Seitenflächen der jeweils benachbarten Kugelrollen durch unterschiedliche Umdrehungsgeschwindigkeiten Reibung entsteht. Treten diese ungünstigen Lastverhältnisse länger oder in kurzen Zeitabständen häufiger auf, verursacht diese Reibung zwischen den Kugelrollen eine erhebliche Temperaturerhöhung im Lager, aus der eine Mangelschmierung im Wälzkontakt bis hin zum Schmierfilmabriss und dem Ausfall des Lagers resultieren kann. Darüber hinaus neigen die Kugelrollen unter hochdynamischen Lastwechseln zu verstärkten Taumel- und Schlingerbewegungen, in deren Folge es zu einer erhöhten Reibung am Lagerkäfig kommt, die mit einem verstärkten Käfigverschleiß einher geht und schließlich ebenfalls zum Ausfall des Kugelrollenlagers führen kann.
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Aufgabe der Erfindung
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Ausgehend von den dargelegten Nachteilen der Lösungen des bekannten Standes der Technik liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe zu Grunde, ein Tandem-Schrägwälzlager zu konzipieren, welches gegenüber bekannten Tandem-Schrägkugellagern einen minimierten axialen und radialen Einbauraum bei gleicher oder erhöhter Tragfähigkeit sowie einen geringen Fertigungs- und Materialaufwand aufweist und welches sich gegenüber bekannten Tandem-Kugelrollenlagern durch synchron zueinander abrollende Wälzkörper und damit durch verminderten Verschleiß und erhöhte Lebensdauer auszeichnet.
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Beschreibung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Tandem-Schrägwälzlager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart gelöst, dass die Wälzkörper der einen der beiden Reihen als herkömmliche Lagerkugeln und die Wälzkörper der anderen der beiden Reihen als Toroidal-Wälzkörper ausgebildet sind.
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Unter Toroidal-Wälzkörpern sind dabei tonnenförmige Rollenwälzkörper zu verstehen, deren axiale Länge größer als deren größter Durchmesser ist und deren Laufflächenradius dem Radius einer Kugel entspricht, deren Durchmesser um ein Vielfaches größer als der größte Durchmesser der Toroidal-Wälzkörper ist. Der große Laufflächenradius der Toroidal-Wälzkörper bewirkt somit einen langen Linienkontakt zu den mit komplementären Radien ausgebildeten Laufbahnen der Toroidal-Wälzkörper in den Lagerringen, durch den die Tragfähigkeit des erfindungsgemäß ausgebildeten Tandem-Schrägwälzlagers gegenüber bekanten Tandem-Schrägkugellagern wesentlich erhöht wird. Gleichzeitig weist ein erfindungsgemäß ausgebildetes Tandem-Schrägwälzlager durch den geringen Durchmesser der Toroidal-Wälzkörper und die durch deren hohe Tragfähigkeit ebenfalls durchmesserkleiner auswählbaren Lagerkugeln gegenüber vergleichbaren Tandem-Schrägkugellagern einen minimierten axialen und radialen Einbauraum sowie einen geringeren Fertigungs- und Materialaufwand auf.
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Bevorzugte Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäß ausgebildeten Tandem-Schrägwälzlagers werden in den Unteransprüchen beschrieben.
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Danach ist es gemäß Anspruch 2 bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Tandem-Schrägwälzlager vorgesehen, dass die Wälzkörper der Reihe mit dem größeren Teilkreisdurchmesser als Toroidal-Wälzkörper und die Wälzkörper der Reihe mit dem kleineren Teilkreisdurchmesser als Lagerkugeln ausgebildet sind.
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Nach Anspruch 3 ist es ein weiteres Merkmal des erfindungsgemäß ausgebildeten Tandem-Schrägwälzlagers, dass die benachbarten Wälzkörper beider Reihen jeweils auf gemeinsamen, rechtwinklig zu den Druckwinkelachsen verlaufenden Rotationsachsen angeordnet sind. Diese Ausbildung soll dazu beitragen, dass die Wälzkörper beider Reihen synchron zueinander abrollen.
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Gemäß Anspruch 4 zeichnet sich das erfindungsgemäß ausgebildete Tandem-Schrägwälzlager darüber hinaus noch dadurch aus, dass die Wälzkörper der Reihe mit dem größeren Teilkreisdurchmesser einen größeren Durchmesser aufweisen als die die Wälzkörper der Reihe mit dem kleineren Teilkreisdurchmesser und beide Reihen in einem gemeinsamen Lagerkäfig angeordnet sind. Die Ausbildung der Wälzkörper beider Reihen mit unterschiedlichen Durchmessern hat sich dabei hinsichtlich der aufzunehmenden Radial- und Axialkräfte als besonders vorteilhaft erwiesen, wobei es je nach Anwendung des erfindungsgemäß ausgebildeten Tandem-Schrägwälzlagers auch von Vorteil sein kann, beide Reihen der Wälzkörper mit gleichen Durchmessern auszubilden.
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Eine zweckmäßige Weiterbildung des erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzlagers ist es nach Anspruch 5 desweiteren, dass die Durchmesser der Wälzkörper beider Reihen derart bemessen sind, dass sämtliche die Wälzkörper an ihrem Umfang tangierende Hüllkegel mit ihren Kegelspitzen genau auf dem Schnittpunkt der gemeinsamen Rotationsachsen mit der Lagerquerachse angeordnet sind. Die Anwendung der an sich bekannten Hüllkegel-Lagerkinematik trägt dabei ebenfalls dazu bei, dass die Wälzkörper beider Reihen synchron zueinander abrollen. Dadurch zeichnet sich das erfindungsgemäß ausgebildete Tandem-Schrägwälzlager durch einen minimierten Verschleiß, eine geringe Käfigbelastung und eine erhöhte Lebensdauer aus und vereint in sich die Vorteile herkömmlicher Kegelrollenlager und mehrreihiger Kugellager. Dabei ist der Einsatzbereich erfindungsgemäß ausgebildeter Tandem-Schrägwälzlager nicht nur auf die beispielhaft genannte zweireihige Anwendung zur Abstützung von Wellen oder Naben mit axialer und radialer Momentbelastung beschränkt, sondern neben vielen anderen möglichen Anwendungen auch in spiegelverkehrter doppelter Anordnung direkt nebeneinander auch auf vierreihige Anwendungen im Kraftfahrzeugbereich oder dergleichen erweiterbar.
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Schließlich wird es als alternative Weiterbildung des erfindungsgemäß ausgebildeten Tandem-Schrägwälzlagers durch Anspruch 5 noch vorgeschlagen, dass die Wälzkörper beider Reihen frei wählbare unterschiedliche oder gleiche Durchmesser aufweisen und jede Reihe in separaten Lagerkäfigen angeordnet ist. Als Lagerkäfig für die auf dem größeren Teilkreisdurchmesser angeordneten Toroidal-Wälzkörper hat sich dabei ein Fensterkäfig als am geeignetsten erwiesen, während der Lagerkäfig für die auf dem kleineren Teilkreis angeordneten Lagerkugeln vorteilhafterweise als Kammkäfig ausgebildet ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Tandem-Schrägwälzlagers wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzigste Figur einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäß ausgebildetes Tandem-Schrägwälzlager.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Aus der Zeichnung geht deutlich ein Tandem-Schrägwälzlager 1 hervor, welches im Wesentlichen aus einem äußeren Lagerring 2 und einem inneren Lagerring 3 sowie aus einer Vielzahl zwischen diesen Lagerringen 2, 3 angeordneter und durch einen Lagerkä4 in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen zueinander gehaltener Wälzkörper 5, 6 besteht. Deutlich sichtbar sind diese Wälzkörper 5, 6 in zwei Reihen 7, 8 mit unterschiedlichen Teilkreisdurchmessern höhenversetzt nebeneinander angeordnet und rollen mit ihren Laufflächen 9, 10 in jeweils zwei in die Innenseite 11 des äußeren Lagerrings 2 und in die Außenseite 12 des inneren Lagerrings 3 eingearbeitete rillenförmigen Laufbahnen 13, 14, 15, 16 ab, die in einem Druckwinkel (α) zu einer Lagerquerachse 17 angestellte parallele Druckwinkelachsen 18, 19 aufweisen.
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Desweiteren ist aus der Zeichnung ersichtlich, dass die Wälzkörper 5 der Reihe 7 mit dem größeren Teilkreisdurchmesser TK1 als Toroidal-Wälzkörper und die Wälzkörper 6 der Reihe 8 mit dem kleineren Teilkreisdurchmesser TK2 als Lagerkugeln ausgebildet sind. Die Toroidal-Wälzkörper 5 sind dabei als tonnenförmige Rollenwälzkörper ausgebildet, deren axiale Länge größer als deren größter Durchmesser ist und deren Radius der Laufflächen 9 dem Radius einer Kugel entspricht, deren Durchmesser um ein Vielfaches größer als der größte Durchmesser der Toroidal-Wälzkörper 5 ist.
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Weiterhin ist in der Zeichnung zu sehen, dass die benachbarten Wälzkörper 5, 6 beider Reihen 7, 8 jeweils auf gemeinsamen, rechtwinklig zu den Druckwinkelachsen 18, 19 verlaufenden Rotationsachsen 20, 21 angeordnet sind, um zu erreichen, dass die Wälzkörper 5, 6 beider Reihen 7, 8 synchron zueinander abrollen. Ebenso ist ersichtlich, dass die Wälzkörper 5 der Reihe 7 mit dem größeren Teilkreisdurchmesser TK1 einen größeren Durchmesser aufweisen als die Wälzkörper 6 der Reihe 8 mit dem kleineren Teilkreisdurchmesser TK2 und dass beide Reihen 7, 8 in einem gemeinsamen Lagerkäfig (4) angeordnet sind.
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Schließlich geht aus der Zeichnung noch hervor, dass die Durchmesser der Wälzkörper 5, 6 beider Reihen 7, 8 derart bemessen sind, dass sämtliche die Wälzkörper 5, 6 an ihrem Umfang tangierende Hüllkegel 22, 23 mit ihren Kegelspitzen 24, 25 genau auf dem Schnittpunkt 26 der gemeinsamen Rotationsachsen 20, 21 mit der Lagerquerachse 17 angeordnet sind. Diese Ausbildung trägt dabei ebenfalls dazu bei, dass die Wälzkörper 5, 6 beider Reihen 7, 8 synchron zueinander abrollen, so dass das abgebildete Tandem-Schrägwälzlager 1 sich durch einen minimierten Verschleiß, eine geringe Käfigbelastung und eine erhöhte Lebensdauer auszeichnet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Tandem-Schrägwälzlager
- 2
- äußerer Lagerring
- 3
- innerer Lagerring
- 4
- Lagerkäfig
- 5
- Wälzkörper
- 6
- Wälzkörper
- 7
- Reihe von 5
- 8
- Reihe von 6
- 9
- Lauffläche von 5
- 10
- Lauffläche von 6
- 11
- Innenseite von 2
- 12
- Außenseite von 3
- 13
- Laufbahn von 7 in 2
- 14
- Laufbahn von 8 in 2
- 15
- Laufbahn von 7 in 3
- 16
- Laufbahn von 8 in 3
- 17
- Lagerradialachse
- 18
- Druckwinkelachse von 5
- 19
- Druckwinkelachse von 6
- 20
- Rotationsachse von 5 und 6
- 21
- Rotationsachse von 5 und 6
- 22
- Hüllkegel von 5 und 6
- 23
- Hüllkegel von 5 und 6
- 24
- Kegelspitze von 22
- 25
- Kegelspitze von 23
- 26
- Schnittpunkt von 20, 21 mit 17
- 27
- Lagerquerachse
- α
- Druckwinkel
- TK1
- größerer Teilkreis
- TK2
- kleinerer Teilkreis
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19839481 A1 [0003]
- DE 102005029983 A1 [0005, 0006]
