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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Kegelrollenlager und ein Verfahren zur Montage eines Kegelrollenlagers gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 9 näher definierten Art.
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In
DE 27 39 367 A1 ist ein Kegelrollenlager gezeigt, das eine einbaufertige selbsthaltende Baueinheit bildet. Das Kegelrollenlager besteht aus einem Außenring, einem Innenring und in einem Käfig geführte Kegelrollen. Der Innenring weist einen Führungs- und einen Haltebord auf. Dabei ist der Käfig mit einem nach außen gerichteten Vorsprung ausgebildet, der in eine korrespondierende Nut am Außenring eingreift. Diese Anordnung erfordert eine aufwendige und komplexe Ausgestaltung des Kegelrollenlagers, insbesondere müssen Kegelrollenkäfig und Außenring modifiziert werden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Kegelrollenlager der vorgenannten Art hinsichtlich seines Aufbaues und seiner Montage zu vereinfachen und kostengünstig zu gestalten.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und alternativ durch die Merkmale des Patentanspruchs 9 gelöst.
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Es wird ein Kegelrollenlager vorgeschlagen, bei dem an zumindest einer am Innendurchmesser eines Außenrings des Kegelrollenlager ausgebildeten Lauffläche für Kegelrollen eine an dieser geringfügig vorstehende Haltestruktur vorgesehen ist, an der die Kegelrollen selbsthaltend eingeschnappt sind. Die Kegelrollen sind so einfach am Außenring montierbar und dieser zur Montage des Kegelrollenlagers selbsthaltend fixierbar. Zudem ist die Haltestruktur am Außenring einfach herstellbar, eine aufwendige Modifikation des Kegelrollenlagers, insbesondere des Wälzkörperkäfigs ist vermeidbar. Außerdem ist der Außenring durch einfache Modifikation der Haltestruktur an unterschiedliche Geometrien anpassbar und so in beliebig ausgestalteten Kegelrollenlagern einsetzbar.
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Die Haltestruktur ist am Außenring besonders einfach herstellbar, wenn sie durch einen am Innendurchmesser ringförmig umlaufenden wulstartigen radialen Vorsprung gebildet wird.
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Bevorzugt ist die Haltestruktur am Ende bzw. Rand der Lauffläche ausgebildet. Dadurch sind die Kegelrollen jeweils an einer zwischen ihrer Wälzfläche und ihrer Stirnseite gebildeten Kante besonders einfach an der Haltestruktur einschnappbar.
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Bevorzugt begrenzt die Haltestruktur die Lauffläche ringförmig axial.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Haltestruktur an dem konisch aufgeweiteten Ende bzw. Rand der Lauffläche angeordnet. Dadurch sind die Kegelrollen jeweils an ihrer an der konisch aufgeweiteten Seite ihrer Wälzfläche gebildeten stirnseitigen Kante zur Montage an der Haltestruktur einschnappbar.
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Es ist von Vorteil, wenn die Kegelrollen mit Radialspiel an der Haltestruktur eingeschnappt sind. Das Radialspiel ermöglicht das Fixieren bzw. Sichern von Außen- und Innenring durch Schwerkraftwirkung in montiertem Zustand. Dabei wird jede Demontagebewegung von Außen- und Innenring durch die Kegelrollen an der Haltestruktur blockiert.
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Bevorzugt weist die Haltestruktur eine vorbestimmte Einschnapphöhe zum Eingriff der Kegelrollen auf. Vorzugsweise umfasst die Einschnapphöhe einen minimalen Wert, der auf einen minimalen Eingriff der Kegelrollen bezogen ist, und einen maximalen Wert, der auf einen maximalen Eingriff der Kegelrollen bezogen ist. Es ist von Vorteil, wenn dabei einerseits durch den minimalen Eingriff der Kegelrollen an der Haltestruktur das Kegelrollenlager in montiertem Zustand gehalten wird und andererseits der maximale Eingriff der Kegelrollen an der Haltestruktur zum Schutz der Kegelrollen und der Laufflächen an Außen- und Innenring während der Montage begrenzt ist.
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Vorzugsweise sind die Kegelrollen an einer Lauffläche eines Innenrings des Kegelrollenlagers mit Radialspiel geführt. Das Radialspiel erlaubt ein Gleiten zwischen Außenring und Kegelrollen zum Einschnappen dieser an der Haltestruktur während der Montage.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Kegelrollenlager durch eine Dichtung nach außen abgedichtet. Vorzugsweise ist hierzu am Innendurchmesser des Außenrings an seiner konisch aufgeweiteten Seite ein Dichtelement befestigt. Bevorzugt ist dabei am Innendurchmesser des Außenrings zumindest abschnittsweise ein radialer Vorsprung vorgesehen, an dem das am Innendurchmesser des Außenrings befestigte Dichtelement beabstandet zur Lauffläche des Außenrings axial angelegt ist.
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Bevorzugt ist zur Befestigung des Dichtelements am Innendurchmesser des Außenrings zwischen Haltestruktur und axialem Ende des Außenrings eine sich zumindest abschnittsweise in Umfangsrichtung erstreckende Nut zur Aufnahme eines Dichtelements, beispielsweise eines Dichtrings, vorgesehen, an der das Dichtelement zur Befestigung einschnappbar ist.
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Vorzugsweise wird dabei die Nut an ihrer der Lauffläche am Außenring zugewandten Seite durch den Vorsprung begrenzt, der eine axiale Anlagefläche für das Dichtelement bildet. Bevorzugt überragt der Vorsprung an der Anlagefläche die axial gegenüberliegende Seitenwand der Nut. Auf diese Weise wird eine besonders große axiale Anlagefläche erreicht, an der das Dichtelement axial beabstandet zur Haltestruktur und zur Lauffläche am Außenring haltbar ist.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zur Montage eines Kegelrollenlagers, insbesondere zur Montage eines vorangehend beschriebenen Kegelrollenlagers gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die an einer Lauffläche am Außendurchmesser eines Innenrings des Kegelrollenlagers geführten Kegelrollen durch axiales Ineinanderschieben von Außen- und Innenring gleitend an einer Lauffläche am Innendurchmesser des Außenrings selbsthaltend einschnappen. Auf einfache Weise können so Außen- und Innenring über die Kegelrollen selbsthaltend zur Montage des Kegelrollenlagers verbunden werden.
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Vorzugsweise wird der Innenring zur Montage axial festgelegt und der Außenring axial an den am Innenring vormontierten Kegelrollen aufgeschoben.
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Zur Festlegung des Innenrings kann dieser beispielsweise an einem Montagewerkzeug axial abgestützt werden. Es ist von Vorteil, wenn der Innenring dabei axial in Schwerkraftrichtung ausgerichtet und der Außenring an den am Innenring geführten Kegelrollen in Schwerkraftrichtung aufgesetzt wird. Dadurch kann eine koaxiale Ausrichtung von Außen- und Innenring in Schwerkraftrichtung erfolgen.
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An dem an den eingeschnappten Kegelrollen fixierten Außenring kann zur Abdichtung des Kegelrollenlagers gegen Schmutz und Feuchtigkeit ein Dichtelement montiert werden. Vorzugsweise wird hierzu das Dichtelement in einer Ringnut am Innendurchmesser des Außenrings eingeschnappt. Auf diese Weise kann das Kegelrollenlager als abgedichtete Baueinheit hergestellt werden. Eine nachträgliche Montage des Dichtelements bzw. der Dichtung nach Einbau des Kegelrollenlagers wird so vermieden.
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Das Kegelrollenlager ist als vormontierbare abgedichtete Baueinheit insbesondere in Fahrzeugen, beispielsweise als Radlager einsetzbar. Die Erfindung ist in ein- oder mehrreihigen Kegelrollenlagern einsetzbar.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen:
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1 ein erfindungsgemäßes Kegelrollenlager in seine Einzelteile zerlegt geschnitten dargestellt,
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2 eine geschnittene Teilansicht eines erfindungsgemäßen Kegelrollenlagers,
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3 einen vergrößerten Ausschnitt aus 2,
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4 einen vergrößerten Ausschnitt des Außenrings des Kegelrollenlagers aus 1
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5 eine geschnittene Ansicht des Kegelrollenlagers in einem ersten Montagezustand,
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6 eine geschnittene Ansicht des Kegelrollenlagers in einem zweiten Montagezustand,
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7 eine geschnittene Ansicht des Innenrings mit an diesem geführten Kegelrollen,
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8 bis 10 jeweils eine geschnittene Teilansicht des Kegelrollenlagers in verschiedenen Montagezuständen.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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In 1 ist ein erfindungsgemäßes Kegelrollenlager zerlegt in seine koaxial zur Lagerachse 1 angeordneten Einzelteilen dargestellt: Ein Außenring mit einer Lauffläche 2 für Kegelrollen am Innendurchmesser, ein Wälzkörperkäfig 3 mit Öffnungen zur Aufnahme der Kegelrollen, ein Satz Kegelrollen, ein als Dichtring ausgeführtes Dichtelement und ein Innenring mit einer Lauffläche 4 für Kegelrollen am Außendurchmesser.
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2 und 3 zeigen jeweils einen vergrößerten Ausschnitt des Kegelrollenlagers aus 1 in montiertem Zustand. Die Kegelrollen werden an der Lauffläche 2 am Innendurchmesser des Außenrings und an der Lauffläche 4 am Außendurchmesser des Innenrings im Wälzkörperkäfig 3 geführt. An der konisch aufgeweiteten axialen Seite des Außenrings ist am axialen Ende bzw. am Rand der Lauffläche 2 eine an dieser geringfügig vorstehende Haltestruktur 5 für die Kegelrollen vorgesehen. Die Haltestruktur 5 ist einteilig mit dem Außenring ausgebildet. Sie erstreckt sich in Umfangsrichtung und bildet ein ringförmiges Profil, das die Lauffläche 2 ringförmig axial begrenzt. An der Haltestruktur 5 sind die Kegelrollen jeweils an ihrer korrespondierend konisch aufgeweiteten Seite an der zwischen ihrer Wälzfläche 6 und ihrer Stirnseite gebildeten Kante 7 selbsthaltend eingeschnappt. Die Haltestruktur 5 wird hier beispielhaft durch einen ringförmigen radialen Vorsprung gebildet, der an seinem freien Ende wulstartig abgerundet bzw. abgeflacht ist. Am Innenring wird die Lauffläche 4 beidseitig jeweils durch einen ringförmig umlaufenden Bord axial begrenzt. Die Kegelrollen sind an den Borden, an der Lauffläche 4 und im Wälzkörperkäfig 3 geführt. In eingeschnapptem Zustand können sich die Kegelrollen in Umfangsrichtung an den Laufflächen 2, 4 im Wälzkörperkäfig 3 geführt frei bewegen, jedoch wird jede Demontagebewegung, insbesondere bei schwacher Last, an der Haltestruktur 5 blockiert. Auf diese Weise werden Außen- und Innenring durch die an der Haltestruktur 5 am Außenring eingeschnappten Kegelrollen in montiertem Zustand gehalten. Das Kegelrollenlager ist so als vormontierbare selbsthaltende Baueinheit einfach herstellbar.
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Die Kegelrollen sind an der Haltestruktur 5 am Außenring mit Radialspiel eingeschnappt. Dabei weist die Haltestruktur 5 eine vorbestimmte Einschnapphöhe S zum Eingriff der Kegelrollen auf. Diese ist insbesondere von der Konizität der Laufflächen 2, 4 und dem Innendurchmesser des Außenrings abhängig. Die Haltestruktur 5 ist derart ausgebildet, dass die radiale Einschnapphöhe S einen minimalen Wert umfasst, der auf einen minimalen Eingriff der Kegelrollen bezogen ist, und einen maximalen Wert umfasst, der auf einen maximalen Eingriff der Kegelrollen bezogen ist. Bei einem minimalen Eingriff der Kegelrollen an der Haltestruktur 5 wird der Zusammenhalt des Kegelrollenlagers in montiertem Zustand gewährleistet. Zugleich ist der maximale Eingriff der Kegelrollen an der Haltestruktur 5 begrenzt, um eine Beschädigung der Laufflächen 2, 4 und/oder der Kegelrollen während der Montage sicher zu vermeiden. In diesem Fall sollten die Kegelrollen belastet sein, um einen minimalen Durchmesser abhängig vom Spiel und der Konizität der Laufflächen 2, 4 einzuhalten, und um so sicherzustellen, dass das Kegelrollenlager nicht auseinanderfällt, wenn die Belastung nachlässt.
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Am Innendurchmesser des Außenrings ist an der konisch aufgeweiteten Seite axial zwischen der Haltestruktur 5 und dem äußeren axialen Rand des Außenrings eine umlaufende Nut 8 vorgesehen, in die ein Dichtelement, hier ein Dichtring, am Außendurchmesser zur Befestigung eingeschnappt ist. Das Dichtelement dient zur Abdichtung des Kegelrollenlagers gegen das Eindringen von Schmutz und Feuchtigkeit an dessen Außenseite. An seinem Innendurchmesser liegt das Dichtelement mit einer Dichtlippe am der Nut 8 radial gegenüberliegenden Bord des Innenrings auf. Hierdurch ist das Kegelrollenlager an seiner Außenseite abgedichtet. Hierbei ist an der der Lauffläche 2 zugewandten axialen Seite der Nut 8 am Innendurchmesser ein radialer Vorsprung 9 vorgesehen, der die axial gegenüberliegende Seitenwand der Nut 8 überragt. Der Vorsprung 9 bildet eine Anlagefläche, an der das Dichtelement axial angelegt ist und dadurch axial beabstandet zur Haltestruktur 5 und zur Lauffläche 2 gehalten wird. Der Außenring ist durch die an der Haltestruktur 5 eingeschnappten Kegelrollen mit dem Innenring selbsthaltend verbunden. Hierdurch ist das Dichtelement an dem auf diese Weise fixierten Außenring vormontierbar. Auf diese Weise ist das Kegelrollenlager als vormontierbare abgedichtete Baueinheit, beispielsweise als Radlager für ein Fahrzeug, einfach herstellbar.
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4 zeigt einen Teilschnitt eines erfindungsgemäßen Außenrings eines Kegelrollenlagers. Am Innendurchmesser der konisch aufgeweiteten Seite der Lauffläche 2 ist die ringförmige Haltestruktur 5 ausgebildeten. Die als wulstförmiger radialer Vorsprung ausgeführte Haltestruktur 5 begrenzt die Lauffläche 4 an ihrer konisch aufgeweiteten Seite in axialer Richtung. An die Haltestruktur 5 schließt sich in axial äußerer Richtung ein Übergangsbereich zum radialen Vorsprung 9 hin an, der die ringförmige Nut 8 an ihrer der Lauffläche 2 zugewandten Seite begrenzt.
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In 5 und 6 sind verschiedene Montagezustände des Kegelrollenlagers dargestellt. In einem ersten Montagezustand gemäß 5 sind die Kegelrollen am Innenring vormontiert. Hierbei werden Sie im Wälzkörperkäfig 3, an der Lauffläche 4 und an den Borden des Innenrings geführt. Der Innenring ist axial stirnseitig an seiner konisch aufgeweiteten Seite in Schwerkraftrichtung ausgerichtet. Dabei ist der Wälzkörperkäfigs 3 an einer Auflage 10 axial abgestützt (5). Diese kann durch ein oder mehrere Montagewerkzeuge gebildet werden. Dabei wird der Außenring mit der Haltestruktur 5 an der konisch aufgeweiteten Seite seiner Lauffläche 2 auf die konisch schmale Seite der Wälzflächen 6 der Kegelrollen in Richtung der wirkenden Schwerkraft, wie durch Pfeile angedeutet, aufgelegt und koaxial zum Innenring ausgerichtet. Durch Aufbringen einer axial wirkenden Montagekraft 11 an der freien axialen Stirnseite des Außenrings wird an der Auflage 10 zur Abstützung des Wälzkörperkäfigs eine der Montagekraft entgegenwirkende Reaktionskraft 12 erzeugt (6). Dabei wird der Außenring an der Haltestruktur 5 koaxial zum Innenring auf die Wälzflächen 6 der Kegelrollen aufgeschoben. Hierbei gleitet der Außenring an seinem Innendurchmesser mit der Haltestruktur 5 an den Wälzflächen 6 der Kegelrollen entlang bis diese jeweils an der an ihrer konisch aufgeweiteten Seite gebildeten stirnseitigen Kante 7 selbsthaltend an der Haltestruktur 5 einschnappen.
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7 zeigt den Innenring des Kegelrollenlagers mit den im Wälzkörperkäfig 3, an seiner Lauffläche 4 und den Borden geführt vormontierten Kegelrollen. Diese sind mit einem vorbestimmten Radialspiel zur Lauffläche 4 am Innenring angeordnet. Durch Wirkung der Schwerkraft entsteht im mit einer gestrichelten Linie umrandeten unteren Bereich der Bildebene zwischen den Kegelrollen und der Lauffläche des Innenrings ein geringfügiger Luftspalt 13, wie durch einen Pfeil angedeutet, während die Kegelrollen im oberen Bereich der Bildebene mit der Lauffläche 4 des Innenrings in Kontakt stehen, wie ebenfalls durch einen Pfeil 14 angedeutet. Durch die Wirkung der Schwerkraft werden Außen- und Innenring über die Kegelrollen fixiert, wenn diese am Außenring an der der Haltestruktur 5 eingeschnappt sind. Während der Montage des Kegelrollenlagers ermöglicht das Spiel der Kegelrollen ein Gleiten zwischen diesen und Außenring. Demontagebewegungen werden dagegen durch die eingeschnappten Kegelrollen blockiert und das Kegelrollenlager in montiertem Zustand gehalten. Im umrandeten unteren Bereich der Bildebene tritt während der Montage das Gleiten der Kegelrollen auf.
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In 8 und 9 ist das Gleiten zwischen Kegelrollen und Außenring während der Montage dargestellt. Außenring und Innenring werden axial ineinandergeschoben. Dabei gleitet der Außenring am Innendurchmesser mit der Haltestruktur 5 am konisch aufgeweiteten Endabschnitt der Wälzflächen 6 der Kegelrollen (7). Aufgrund des Radialspiels stellt sich dabei am konisch aufgeweiteten Endabschnitt der Wälzflächen 6 der Kegelrollen ein geringfügiger Luftspalt 15 zur Lauffläche 4 am Innenring und ein geringfügiger Luftspalt 16 am konisch schmalen Endabschnitt der Wälzflächen 6 der Kegelrollen zur Lauffläche 2 am Außenring ein. Der Luftspalt 15 zur Lauffläche 4 am Innenring ermöglicht ein weiteres Aufschieben des Außenrings mit der Haltestruktur 5 an den Wälzflächen 6 der Kegelrollen in axiale Richtung, d.h. in der Bildebene nach rechts, bis die Kegelrollen an ihrem konisch aufgeweiteten Endabschnitt ihrer Wälzflächen 6 mit der Lauffläche 4 am Innenring in Kontakt gelangen. Hierbei gelangt die Haltestruktur 5 immer näher an die jeweils an der konisch aufgeweiteten Seite der Kegelrollen gebildeten stirnseitigen Kante 7 heran (9). Dabei überwinden die Kegelrollen den Luftspalt 16 und gelangen am konisch schmalen Endabschnitt ihrer Wälzflächen 6 mit der Lauffläche 2 am Außenring in Kontakt. Hierbei stellt sich an diesem Endabschnitt ihrer Laufflächen 8 ein geringfügiger Luftspalt 17 zur Lauffläche 4 am Innenring ein. Dadurch können Außenring und Kegelrollen an der Haltestruktur 5 und den Wälzflächen 6 weiter axial ineinandergeschoben werden, bis die Kegelrollen mit ihrer stirnseitigen Kante 7 über die Haltestruktur 5 gleiten und, wie in 10 dargestellt, an der Haltestruktur 5 mit der Kante 7 selbsthaltend einschnappen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lagerachse
- 2
- Lauffläche
- 3
- Wälzkörperkäfig
- 4
- Lauffläche
- 5
- Haltestruktur
- 6
- Wälzfläche
- 7
- Kante
- 8
- Nut
- 9
- Vorsprung
- 10
- Auflage
- 11
- Montagekraft
- 12
- Reaktionskraft
- 13
- Spiel
- 14
- Kontakt
- 15
- Luftspalt
- 16
- Luftspalt
- 17
- Luftspalt
- S
- Einschnapphöhe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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