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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf Kegelrollenlager und Kraftübertragungsvorrichtungen.
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2. Stand der Technik
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Kegelrollenlager zeichnen sich gegenüber anderen Rollenlagern der gleichen Größe durch eine höhere Belastbarkeit und eine höhere Festigkeit aus. Daher werden Kegelrollenlager für Getriebevorrichtungen verwendet, die diese Eigenschaften fordern, wie z.B. Differentialgetriebeeinheiten und Hinterachsgetriebe.
10 zeigt ein Kegelrollenlager
100 mit einem Innenring
101, einem Außenring
102, mehreren Kegelrollen
103 und einen ringförmigen Käfig
104. Die Kegelrollen
103 sind zwischen dem Innenring
101 und dem Außenring
102 rollend eingefügt. Der Käfig
104 positioniert die Kegelrollen
103 in Umfangsrichtung in regelmäßigen Abständen zueinander. Die große Stirnfläche
103a jeder Kegelrolle
103 ist konvex geformt und die Stirnfläche
101a des hinteren Führungsbords (nachfolgend als der große Führungsbord bezeichnet) des Innenrings
101 ist konkav geformt, wodurch die Gleitreibung zwischen diesen Stirnflächen
103a,
101a reduziert ist (siehe hierzu bspw. Japanese Utility Model Application Publication No. H05-75520 (
JP H05-75520 U )).
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Bei diesem Kegelrollenlager sind keine konkreten Werte für die jeweiligen Krümmungsradien der großen Stirnfläche 103a der Kegelrolle 103 und der Stirnfläche 101a des großen Führungsbords des Innenrings 101 vorgeschrieben. Dadurch kann, abhängig von den gewählten Krümmungsradien, die große Stirnfläche 103a jeder betreffenden Kegelrolle 103 eine Kante des großen Führungsbords an der zugehörigen Stirnfläche 101a des Innenrings 101 in radialer Richtung berühren und somit eine Kantenbelastung verursachen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Ziel der Erfindung ist es, ein Kegelrollenlager und eine Kraftübertragungsvorrichtung bereitzustellen, das die Kantenbelastung zwischen der großen Stirnseite einer Kegelrolle und der Stirnseite des großen Führungsbords des Innenrings wirksam reduziert.
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Ein Kegelrollenlager gemäß einem Aspekt der Erfindung weist auf: einen Innenring mit einer Innenringlauffläche und ein großer Führungsbord, der an eine Seite der Innenringlauffläche in axialer Richtung angrenzt; einen Außenring, der konzentrisch zum Innenring in einer äußeren Peripherie des Innenrings angeordnet ist und eine Außenringlauffläche besitzt, welche der Innenringlauffläche zugewandt ist; eine Mehrzahl von Kegelrollen, die zwischen der Innenringlauffläche und der Außenringlauffläche rollend eingefügt sind; und ein Käfig, der die Kegelrollen in umlaufender Richtung in vorgegebenen Abständen hält. In dem Kegelrollenlager sind die großen Stirnflächen der Kegelrollen konvex, und die Stirnfläche des großen Führungsbords des Innenrings konkav geformt, der Krümmungsradius Ri der Stirnfläche des großen Führungsbords ist auf einen Wert größer als der Abstand R festgelegt, und der Krümmungsradius Rr der großen Stirnseite der Kegelrolle ist auf einen Wert zwischen 80% und 100% des Abstandes R festgelegt, wobei R den Abstand zwischen dem Kegelmittelpunkt einer Kegelrolle und einem vorgegebenen Bezugspunkt beschreibt, der getrennt vom Kegelmittelpunkt entlang der Innenringlauffläche liegt, und einen Mittelpunkt einer Kontaktellipse, die durch den Kontakt zwischen der großen Stirnfläche der Kegelrolle und der Stirnfläche des großen Führungsbords gebildet wird, der auf einer gedachten Geraden durch den Krümmungsmittelpunkt der großen Stirnfläche der Kegelrolle und dem Krümmungsmittelpunkt der Stirnfläche des großen Führungsbords liegt. Der genutzte Ausdruck „entlang der Innenringlauffläche“ umfasst nicht nur die Fälle, in denen der Bezugspunkt tatsächlich auf der Innenringlauffläche liegt, sondern auch die Fälle, in denen sich der Punkt entlang einer verlängerten Linie der Innenringlauffläche befindet. Mit anderen Worten liegt der Bezugspunkt auf einer vom Kegelmittelpunkt ausgehenden gedachten Linie entlang der Innenringlauffläche.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die vorhergehend beschriebenen und weiteren Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch die folgenden Beschreibungen mit Beispieldarstellungen und Figuren verdeutlicht, wobei gleiche Elemente mit den gleichen Ziffern beschrieben werden:
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1 zeigt eine Schnittansicht einer Differentialeinheit, in welcher ein Kegelrollenlager gemäß einer Ausführung der Erfindung verbaut ist;
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2 zeigt eine axiale Schnittansicht des Kegelrollenlagers;
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3 ist eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung der Form der Stirnfläche des großen Führungsbords eines Innenrings und der Form der großen Stirnfläche einer Kegelrolle in dem Kegelrollenlager;
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4 ist eine schematische Darstellung der Stirnseite des großen Führungsbords des Innenrings aus 3 aus der Ansichtsrichtung A;
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5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Käfigs des Kegelrollenlagers.
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6 zeigt eine Schnittansicht des Kegelrollenlagers ohne Kegelrollen zur Hervorhebung der Form der Aussparung;
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7 ist eine schematische Darstellung einer Tasche des Käfigs von außen in radialer Richtung betrachtet;
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8 ist die Schnittansicht V-V des Schnitts V aus 7;
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9 zeigt eine Teilschnittansicht mit einer Modifikation des ringförmigen Abschnitts großen Durchmessers des Käfigs; und
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10 zeigt eine axiale Schnittansicht eines konventionellen Kegelrollenlagers.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren beschrieben. 1 zeigt eine Schnittansicht einer Differentialeinheit als Antriebsvorrichtung, in welcher ein Kegelrollenlager gemäß einer Ausführung der Erfindung Anwendung findet. Eine Differentialeinheit 51 liegt in einem Kraftübertragungspfad, über den die Motorleistung eines Kraftfahrzeugs übertragen wird. Die Differentialeinheit 51 überträgt die Motorleistung auf die Hinterräder, welche als Antriebsräder in lateraler Richtung der Differentialeinheit 51 (die Richtung senkrecht zur Ebene in 1) auf beiden Seiten angeordnet sind.
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Die Differentialeinheit 51 enthält eine Ritzelwelle (Kraftübertragungswelle) 52, ein Tellerrad 53, ein Differentialmechanismus 54 und ein Gehäuse 55. Die Ritzelwelle 52 ist mit einer Antriebswelle (nicht dargestellt) so verbunden, dass sie gemeinsam drehbar sind. Die Antriebswelle ist eine Welle, die die Motorleistung überträgt. Das Tellerrad 53 steht mit einem Ritzel 52a an einem axialen Ende (distales Ende) der Ritzelwelle 52 in Eingriff. Der Differentialmechanismus 54 ist mit dem Tellerrad 53 gekoppelt, um zusammen mit dem Tellerrad 53 rotierbar zu sein und die Hinterräder zu drehen. Das Gehäuse 55 nimmt die Ritzelwelle 52, das Tellerrad 53 und den Differentialmechanismus 54 auf. Die Ritzelwelle 52 wird durch ein Kegelrollenlagerpaar 1 gelagert, so dass sie bezüglich des Gehäuses 55 drehbar ist. Wie durch die Pfeile in der Figur gekennzeichnet, befindet sich ein Schmieröleinspeisedurchlass im Gehäuse 55, um die Laufflächen des Kegelrollenlagerpaars 1 mit Schmieröl zu schmieren.
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2 zeigt eine axiale Schnittansicht des Kegelrollenlagers 1. Das Kegelrollenlager 1 besteht aus einem Innenring 2, einem Außenring 3, einer Mehrzahl an Kegelrollen 4, und einem Käfig 10. Der Außenring 3 ist konzentrisch zum Innenring 2 in einer äußeren Peripherie des Innenrings angeordnet. Die Kegelrollen 4 sind zwischen dem Innen- und Außenring 2, 3 angeordnet. Der Käfig 10 hält die Kegelrollen 4 in Umfangsrichtung in vorbestimmten Abständen. Der Innenring 2 ist ein ringförmiges Bauteil, hergestellt aus Lagerstahl, Stahl für den Maschinenbau, etc. Eine Innenringlauffläche 2a ist als konische Oberfläche auf der Außenseite des Innenrings 2 ausgebildet, so dass die Kegelrollen 4 darauf rollen können. Wie der Innenring 2, ist der Außenring 3 ein ringförmiges Bauteil aus Lagerstahl, Stahl für den Maschinenbau, etc. Eine Außenringlauffläche 3a ist als konische Oberfläche auf der Innenseite des Außenrings 3, so dass die Kegelrollen 4 darauf rollen können. Die Außenringlauffläche 3a ist der Innenringlauffläche 2a zugewandt. Die Kegelrollen 4 sind Bauteile aus Lagerstahl oder dergleichen und sind zwischen der Innenringlauffläche 2a und der Außenringlauffläche 3a rollend angeordnet.
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Eine Rippe für die vordere Kegelstirnfläche bzw. ein vorderer Führungsbord (nachfolgend als der kleine Führungsbord bezeichnet) 5 und eine große Rippe (nachfolgend als der große Führungsbord bezeichnet) 7 sind so geformt, dass sie auf der Außenseite des Innenrings 2 in radialer Richtung vorstehen. Der kleine Führungsbord 5 grenzt an das in axialer Richtung eine Ende der Innenringlauffläche 2a an, und der große Führungsbord 7 grenzt an das in axialer Richtung andere Ende der Innenringlauffläche 2a an. Die der Innenringlauffläche 2a zugewandte Stirnseite 7b des großen Führungsbords 7 (im folgenden Stirnfläche des großen Führungsbords 7b genannt) ist konkav geformt. Ein frei geschliffener, unterhöhlter Teil (nachfolgend bezeichnet als Aussparung) 9 hat im Querschnitt betrachtet eine konkave Form und befindet sich in einem Eckenbereich des Innenrings 2 entlang des gesamten Umfangs, also in einem Bereich zwischen der Innenringlauffläche 2a und der Stirnfläche des großen Führungsbords 7b. Die große Stirnfläche 4b jeder Kegelrolle 4 ist konvex geformt um mit der Stirnseite des großen Führungsbords 7b Gleitkontakt zu haben.
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3 ist eine schematische Darstellung, die die Form der Stirnfläche des großen Führungsbords 7b des Innenrings 2 und die Form der großen Stirnfläche 4b jeder Kegelrolle 4 abbildet. Wie in 3 dargestellt, basiert die Ausgestaltung der Stirnfläche des großen Führungsbords 7b des Innenrings 2 und der großen Stirnfläche 4b jeder Kegelrolle 4 auf dem Abstand R. Der Abstand R beschreibt die Distanz von dem Kegelmittelpunkt C einer Kegelrolle 4 zu einem vorgegebenen Bezugspunkt K, der getrennt vom Kegelmittelpunkt C entlang der Innenringlauffläche 2a liegt. Der hier genutzte Begriff „Kegelmittelpunkt“ einer Kegelrolle 4 beschreibt die Spitze der Kegelform der Kegelrolle 4. Der Ausdruck „entlang der Innenringlauffläche 2a“ umfasst nicht nur den Fall, dass der Punkt tatsächlich entlang der Innenringlauffläche 2a positioniert ist, sondern auch den Fall, dass der Punkt auf einer verlängerten, vom Kegelmittelpunkt C ausgehenden Linie L entlang der Innenringlauffläche 2a liegt. In der gegenwärtig beschriebenen Ausführung ist der Bezugspunkt K ein Punkt auf der verlängerten Linie L der Innenringlauffläche 2a. Der Ausdruck „Abstand R“ bezieht sich auf den Abstand zwischen zwei Punkten, und zwar den Abstand zwischen dem Kegelmittelpunkt C und dem Bezugspunkt K. Ein Beispiel: der Abstand R ist ein Abstand, der die Gleichung „R2 = x2 + y2“ erfüllt, für den Fall, dass die Koordinaten des Kegelmittelpunkts C (0, 0) und die Koordinaten des Bezugspunkts K in x-y Koordinaten (x, y) betragen.
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Die Stirnfläche des großen Führungsbords 7b des Innenrings 2 ist in einer Weise ausgebildet, dass die Stirnfläche des großen Führungsbords 7b durch den Bezugspunkt K verläuft. Der hier verwendete Ausdruck „die Stirnfläche des großen Führungsbords 7b ‚verläuft durch den Bezugspunkt K’“ beinhaltet nicht nur den Fall, dass die Stirnfläche des großen Führungsbords 7b tatsächlich durch den Bezugspunkt K verläuft, sondern ebenfalls den Fall, dass eine verlängerte Linie Yi der Stirnfläche des großen Führungsbords 7b durch den Bezugspunkt K verläuft. Entsprechend ist der „Bezugspunkt K“ der Punkt, an dem sich die Innenringlauffläche 2a oder ihre verlängerte Linie L und die Stirnseite des großen Führungsbords 7b oder ihre verlängerte Linie Yi schneiden. In der gegenwärtigen Ausführung verläuft die verlängerte Linie Yi der Stirnseite des großen Führungsbords 7b durch den Bezugspunkt K.
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Der Krümmungsradius Ri der Stirnseite des großen Führungsbords 7b des Innenrings 2 ist auf einen Wert festgelegt, welcher größer als der Abstand R ist. Vorzugsweise ist der Krümmungsradius Ri der Stirnseite des großen Führungsbords 7b so zu wählen, dass er der Beziehung „100% < Ri ≤ 300% bezüglich dem Abstand R genügt. Der Krümmungsradius Rr der großen Stirnseite 4b der Kegelrolle 4 ist auf einen Wert zwischen 80% und 100% des Abstandes R festgelegt und ist immer kleiner als der Krümmungsradius Ri der Stirnseite des großen Führungsbords 7b. In der gegenwärtigen Ausführung entspricht der Krümmungsmittelpunkt Cr der großen Stirnseite 4b der Kegelrolle 4 dem Kegelmittelpunkt C.
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Der Mittelpunkt G einer Kontaktellipse (schraffierter Bereich in 4), welche durch den Kontakt zwischen der großen Stirnfläche 4b der Kegelrolle 4 und der Stirnseite des großen Führungsbords 7b entsteht, liegt auf einer gedachten Geraden X, die durch den Krümmungsmittelpunkt Cr der großen Stirnfläche 4b der Kegelrolle 4 und durch den Krümmungsmittelpunkt Ci der Stirnfläche des großen Führungsbords 7b verläuft. Der Mittelpunkt G der Kontaktellipse liegt somit nahe dem Zentrum der Stirnfläche des großen Führungsbords 7b in radialer Richtung des Innenrings 2, wie in 3 dargestellt.
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Bei der oben beschriebenen Konfiguration liegt der Mittelpunkt G der Kontaktellipse, welche durch den Kontakt zwischen der großen Stirnfläche 4b der Kegelrolle 4 und der Stirnseite des großen Führungsbords 7b entsteht, auf einer gedachten Geraden X, die durch den Krümmungsmittelpunkt Cr der großen Stirnfläche 4b der Kegelrolle 4 und durch den Krümmungsmittelpunkt Ci der Stirnfläche des großen Führungsbords 7b des Innenrings 2 verläuft. Der Mittelpunkt G der Kontaktellipse kann somit in radialer Richtung des Innenrings 2 nahe des Zentrums der Stirnfläche des großen Führungsbords 7b liegen. Dadurch kann der Kontakt zwischen der großen Stirnfläche 4b der Kegelrolle 4 mit einer Kante der Stirnfläche des großen Führungsbords 7b in radialer Richtung des Innenrings 2 unterdrückt werden, wodurch die Kantenbelastung, die zwischen der großen Stirnfläche 4b der Kegelrolle 4 und der Stirnfläche des großen Führungsbords 7b des Innenrings 2 entsteht, wirksam reduziert werden kann. Werden der Abstand R und die Krümmungsradien Ri, Rr entsprechend der oben genannten numerischen Bereiche festgelegt, verkleinert sich die radiale Ausdehnung bzw. Breite der Kontaktellipse. Das bedeutet, dass das radiale obere und untere Ende der Kontaktellipse von den Kanten der Stirnfläche des großen Führungsbords 7b weiter entfernt liegen können, was die Kantenbelastung wirksam reduziert.
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5 zeigt eine perspektivische Ansicht des Käfigs 10. Mit Bezug auf die 5 und 2, ist der Käfig 10 ein Bauteil, das aus Kunstharz durch Spritzguss etc. hergestellt wird. Der Käfig 10 besteht aus einem Paar ringförmiger Abschnitte 11, 12 (ein ringförmiger Abschnitt kleinen Durchmessers 11 und ein ringförmiger Abschnitt großen Durchmessers 12) und einer Vielzahl von Stegen 13. Die ringförmigen Abschnitte 11, 12 sind getrennt voneinander und einander gegenüberliegend mit einem vorbestimmten Abstand zueinander angeordnet. Die Stege 13 sind in vorbestimmtem Umfangsabstand zueinander zwischen den beiden ringförmigen Abschnitten 11, 12 angeordnet. Die ringförmigen Abschnitte 11, 12 und zwei benachbarte Stege 13 definieren eine Tasche 14, die die Kegelrolle 4 aufnimmt und hält.
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Der Käfig 10 ist in einem ringförmigen Raum zwischen dem Innenring 2 und dem Außenring 3 angeordnet. Der Käfig 10 nimmt die Kegelrollen 4 in den Taschen 14 auf, wodurch diese in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen angeordnet sind.
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Die ringförmigen Seitenflächen 11c, 12c der ringförmigen Abschnitte 11, 12, welche af die Taschen 14 zuweisen, haben einen Gleitkontakt mit den Stirnflächen 4a, 4b der Kegelrolle 4, wodurch axiale Bewegungen des Käfigs 10 beschränkt sind. Das bedeutet, dass der Käfig 10 in axialer Richtung positioniert ist, da die ringförmigen Abschnitte 11, 12 einen Gleitkontakt mit den Stirnflächen 4a, 4b der Kegelrollen 4 bilden. Die ringförmigen Seitenflächen 11c, 12c der ringförmigen Abschnitte 11, 12 bilden somit eine erste Gleitkontaktoberfläche, welche mit den Stirnflächen 4a, 4b der Kegelrollen 4 in Gleitkontakt steht, um den Käfig 10 in axialer Richtung durch die Stirnflächen 4a, 4b der Kegelrollen 4 zu positionieren.
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Wie in 5 dargestellt, sind die radialen Außenflächen 13a der Stege 13 des Käfigs 10 konisch geformt und der Außenringlauffläche 3a angepasst. Da der Innenring 2 und der Außenring 3 relativ zueinander rotieren, dreht sich der Käfig 10 in Umfangsrichtung, wobei die Außenflächen 13a der Stege 13 mit der Außenringlauffläche 3a in Gleitkontakt stehen. Das bedeutet, dass der Käfig 10 der beschriebenen Ausführung mit der Außenringlauffläche 3a in Gleitkontakt steht und dadurch in radialer Richtung durch die Außenringlauffläche 3a positioniert ist. Die Außenflächen 13a der Stege 13 der beschriebenen Ausführung stellen eine zweite Gleitkontaktoberfläche dar, welche mit der Außenringlauffläche 3a in Gleitkontakt stehen und somit den Käfig 10 in radialer Richtung durch die Außenringlauffläche 3a positionieren.
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Der ringförmige Abschnitt kleinen Durchmessers 11 ist ein ringförmiger Abschnitt mit relativ großer Dicke, der zwischen dem kleinen Führungsbord 5 des Innenrings 2 und dem in axialer Richtung einen Ende 6 des Außenrings 3 angeordnet ist. Der ringförmige Abschnitt kleinen Durchmessers 11 schließt eine ringförmige Öffnung A1, die in axialer Richtung auf der einen Seite durch den kleinen Führungsbord 5 des Innenrings 2 und dem einen Ende 6 des Außenrings 3 gebildet wird.
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Eine innere Umfangsoberfläche 11a des ringförmigen Abschnitts kleinen Durchmessers 11 hat eine im Wesentlichen zylindrische Form, wobei sich zwischen der inneren Umfangsoberfläche 11a des ringförmigen Abschnitts kleinen Durchmessers 11 und einer äußeren Umfangsoberfläche 5a des kleinen Führungsbords 5 ein kleiner Abstand befindet. Eine äußere Umfangsoberfläche 11b des ringförmigen Abschnitts kleinen Durchmessers 11 ist als eine konische Oberfläche ausgebildet, die sich entlang der Außenflächen 13a der Stege 13 erstreckt und/oder die Verlängerung der Außenfläche 13a der Stege 13 darstellt, wobei zwischen der äußeren Umfangsoberfläche 11b des ringförmigen Abschnitts kleinen Durchmessers 11 und einer inneren Umfangsoberfläche 6a des in axialer Richtung einen Endes 6 des Außenrings 3 ein kleiner Abstand befindet, nämlich in radialer Richtung. Der ringförmige Abschnitt kleinen Durchmessers 11 schließt somit die ringförmige Öffnung A1 mit dem kleinen Abstand zwischen dem ringförmigen Abschnitt kleinen Durchmessers 11 und dem kleinen Führungsbord 5 und zwischen dem ringförmigen Abschnitts kleinen Durchmessers 11 und dem in axialer Richtung einen Ende 6 des Außenrings 3 ab.
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Da die ringförmige Öffnung A1 durch den ringförmigen Abschnitt kleinen Durchmessers 11 verschlossen wird, dienen diese kleinen Abstände an einem Ende des Kegelrollenlagers 1 in axialer Richtung als Einlassöffnungen für das Schmieröl, das in das Kegelrollenlager 1 fließt um es zu schmieren. Da der Innenring 2 und der Außenring 3 relativ zueinander rotieren, übt das Kegelrollenlager 1 eine Pumpfunktion aus und befördert das Schmieröl im Lager mithilfe einer Zentrifugalkraft, die durch diese relative Rotation entsteht, vom kleinen Durchmesser zum großen Durchmesser der Laufflächen 2a, 3a.
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Das Schmieröl fließt durch die Pumpfunktion durch die ringförmige Öffnung A1 in das Kegelrollenlager 1. Die schmalen Abstände auf der in axialer Richtung einen Seite des Kegelrollenlagers 1 dienen somit als Einlassöffnung für das Schmieröl, das in das Kegelrollenlager 1 fließt, um es zu schmieren.
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Im Fall, dass übermäßig viel Schmieröl in das Kegelrollenlager 1 fließt, kann es zu einer Erhöhung des Laufmoments des Kegelrollenlagers 1 durch den Ölbewegungswiderstand oder den Viskositätswiderstand des Schmieröls kommen. In der gegenwärtig beschriebenen Ausführung verschließt der ringförmige Abschnitt kleinen Durchmessers 11 die ringförmige Öffnung A1 mit den kleinen Abständen zwischen dem ringförmigen Abschnitt kleinen Durchmessers 11 und dem kleinen Führungsbord 5 und zwischen dem ringförmigen Abschnitt kleinen Durchmessers 11 und dem in axialer Richtung einen Ende 6 des Außenrings 3. Dadurch kann ein erhöhter Eintritt von Schmieröl in das Kegelrollenlager 1 durch die ringförmige Öffnung A1 begrenzt werden, wodurch eine Erhöhung des Ölbewegungswiderstands aufgrund einer übermäßigen Menge Schmieröl im Lager vermieden werden kann. Das Laufmoment des Kegelrollenlagers 1 kann somit reduziert werden.
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Wie der ringförmige Abschnitt kleinen Durchmessers 11, ist der ringförmige Abschnitt großen Durchmessers 12 ebenfalls ein Abschnitt mit relativ großer Dicke und ist zwischen dem großen Führungsbord 7 des Innenrings 2 und dem in axialer Richtung anderen Ende 8 des Außenrings 3 angeordnet. Der ringförmige Abschnitt großen Durchmessers 12 schließt die ringförmige Öffnung A2, die durch den großen Führungsbord 7 des Innenrings 2 und dem in axialer Richtung anderen Ende 8 des Außenrings 3 gebildet wird.
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Im äußeren Umfang des ringförmigen Abschnitts großen Durchmessers 12 ist eine Aussparung 15 ausgebildet, indem das äußere Umfangsende des ringförmigen Abschnitts großen Durchmessers 12 entlang des gesamten Umfangs abgetragen bzw. geschnitten wird. 6 zeigt eine Schnittansicht des Kegelrollenlagers 1 ohne Kegelrollen 4 zur Hervorhebung der Form der Aussparung 15. Wie in den 6 und 5 abgebildet, ist die Aussparung 15 so ausgebildet, dass sie sich radial nach innen von der äußeren Kante des ringförmigen Abschnitts großen Durchmessers 12 in axialer Richtung zu den äußeren Enden der Außenflächen der Stege 13 über die äußeren Außenkanten der Tasche 14 hinaus erstreckt. Die Aussparung 15 ist von einer zylindrischen Oberfläche 15a mit einer im Wesentlichen zylindrischen Form und stufenförmigen Oberflächen 15b gebildet. Die stufenförmigen Oberflächen 15b erstrecken sich kontinuierlich von der zylindrischen Oberfläche 15a zu den Kanten der Außenflächen 13a der Stege 13.
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Wie in 6 dargestellt, wird die Aussparung 15, dadurch ausgebildet, dass die Außenkanten der in axialer Richtung anderen Enden der Taschen 14 in radial nach innen gerichteter Richtung weggeschnitten bzw. abgetragen werden. Wenn die Aussparung 15 nicht existiert, wird die äußere Umfangskante des am in axialer Richtung anderen Endes jeder Tasche 14 in axialer Richtung zur Außenseite des Kegelrollenlagers 1 durch den ringförmigen Abschnitt großen Durchmessers 12 und die Außenringlauffläche 3a verschlossen. Gemäß der beschriebenen Ausführungsform ist die Aussparung 15, die durch das Abtragen der Außenkanten in radial nach innen gerichteter Richtung der in axialer Richtung anderen Enden jeder Tasche 14 entsteht, jedoch vorhanden, wodurch die in axialer Richtung anderen Enden der Tasche 14 zur Außenseite des Kegelrollenlagers 1 offen sind. Das Schmieröl, das entlang der Außenringlauffläche 3a in die Taschen 14 fließt, kann durch die Aussparung 15 schnell aus dem Kegelrollenlager 1 abgeführt werden.
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Zwischen der zylindrischen Oberfläche 15a der Aussparung 15 und der inneren Umfangsoberfläche 8a des in axialer Richtung anderen Endes 8 des Außenrings 3 ist ein Abstand vorhanden. Eine innere Umfangsoberfläche 12a des ringförmigen Abschnitts großen Durchmessers 12 ist konisch ausgebildet und erstreckt sich entlang der inneren Umfangsoberflächen der Stege 13. Zwischen der inneren Umfangsoberfläche 12a des ringförmigen Abschnitts großen Durchmessers 12 und der äußeren Umfangsoberfläche 7a des großen Führungsbords 7 ist ein kleiner Abstand vorhanden. Der ringförmige Abschnitt großen Durchmessers 12 schließt somit die ringförmige Öffnung A2 auf der anderen Seite mit einem Abstand zwischen der zylindrischen Oberfläche 15a der Aussparung 15 und der inneren Umfangsoberfläche 8a des in axialer Richtung anderen Endes 8 des Außenrings 3 und einem kleinen Abstand zwischen dem ringförmigen Abschnitt großen Durchmessers 12 und dem großen Führungsbord 7.
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Da die ringförmige Öffnung A2 der in axialer Richtung anderen Seite durch den ringförmigen Abschnitt großen Durchmessers 12 verschlossen ist, dienen der Abstand und der kleine Abstand am in axialer Richtung anderen Ende des Kegelrollenlagers 1 als Auslassöffnung für das Schmieröl, das durch die Pumpwirkung in das Kegelrollenlager 1 hineingeflossen ist. Das bedeutet, dass das Schmieröl, das durch die Pumpaktion in das Kegelrollenlager 1 hineingeflossen ist, zum Schmieren im Inneren des Kegelrollenlagers 1 genutzt wird und am in axialer Richtung anderen Ende an der ringförmigen Öffnung A2 ausgelassen wird. Der kleine Abstand und der kleine Abstand am in axialer Richtung anderen Ende des Kegelrollenlagers 1 dienen somit als Auslassöffnungen für das Schmieröl, das durch die Pumpwirkung in das Kegelrollenlager 1 hineingeflossen ist.
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In der beschriebenen Ausführungsform schließt der ringförmige Abschnitt großen Durchmessers 12 die ringförmige Öffnung A2 mit einem Abstand zwischen der zylindrischen Oberfläche 15a der Aussparung 15 und der inneren Umfangsoberfläche 8a des in axialer Richtung anderen Ende 8 des Außenrings 3 und mit einem kleinen Abstand zwischen dem ringförmigen Abschnitt großen Durchmessers 12 und dem großen Führungsbord 7. Dadurch kann übermäßiger Auslass des Schmieröls aus dem Kegelrollenlager 1 durch die ringförmige Öffnung A2 begrenzt werden.
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Insbesondere, da der große Führungsbord 7 den Auslass des Schmieröls begrenzt, kann das Schmieröl nahe der Aussparung 9 (siehe 6) des Innenrings 2 gehalten werden, und zwar nahe eines Abschnitts in der Nähe des Kontaktbereichs zwischen der Stirnfläche des großen Führungsbords 7b und der großen Stirnfläche 4b einer Kegelrolle 4, die aneinander gleiten. Dadurch kann die Gleitreibung zwischen der Stirnfläche des großen Führungsbords 7b des Innenrings 2 und der großen Stirnfläche 4b einer Kegelrolle 4 reduziert werden und ein Festfressen dieser verhindern.
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Das Schmieröl muss im Innenring 2 mit dem großen Führungsbords 7 gehalten werden, wohingegen eine Zunahme des Ölbewegungswiderstands, des Viskositätswiderstands, etc. des Schmieröls im Außenring 3 verhindert werden muss. Insofern ist in der beschriebenen Ausführungsform die Aussparung 15, die dem Auslass des Schmieröls aus dem Kegelrollenlager 1 dient, in die äußere Umfangsfläche des ringförmigen Abschnitts großen Durchmessers 12 eingelassen, indem die Außenkanten jeder Tasche 14 radial nach innen abgetragen werden. Das Schmieröl, das entlang der Außenringlauffläche 3a aus dem Kegelrollenlager 1 hinausläuft, kann durch die Aussparung 15 schnell aus dem Kegelrollenlager 1 abgeführt werden.
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Das Schmieröl kann somit angemessen im Innenring 2 des Kegelrollenlagers 1 gehalten werden, während eine Zunahme des Ölbewegungswiderstands etc. aufgrund einer übermäßigen Menge Schmieröl im Außenring 3 des Kegelrollenlagers 1 verhindert werden kann. Dadurch kann Fressen etc. zwischen dem großen Führungsbord 7 und jeder Kegelrolle 4 unterbunden werden, während gleichzeitig das Laufmoment des Kegelrollenlagers 1 reduziert werden kann.
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7 ist eine schematische Darstellung der Taschen 14 im Käfig 10 von außen in radialer Richtung betrachtet. Wie in der Figur dargestellt, befindet sich in Umfangsrichtung zwischen der Tasche 14 und einer Rolloberfläche 4c einer Kegelrolle 4 (beide Seiten der Rolloberfläche 4c in radialer Richtung gesehen), die in der Tasche 14 aufgenommen ist, ein vorbestimmter Abstand s1.
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Ein vorgegebener Abstand s2 befindet sich in axialer Richtung zwischen der Tasche 14 und entweder der Stirnfläche 4a der Kegelrolle 4 oder der Stirnfläche 4b der Kegelrolle 4.
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Im Kegelrollenlager 1 der beschriebenen Ausführung ist der Käfig 10 in axialer Richtung durch die ringförmigen Seitenflächen 11c, 12c (die erste Gleitoberfläche des Kontakts) der ringförmigen Elemente 11, 12 positioniert. Jeder Steg 13 hat eine Außenfläche 13a (die zweite Gleitoberfläche des Kontakts), die an der Außenringlauffläche 3a gleitet und dadurch den Käfig 10 in radialer Richtung durch die Außenringlauffläche 3a positioniert. Da der Käfig 10 nicht durch die Kegelrollen 4 positioniert werden muss, können die entsprechenden Abstände s1, s2 zwischen der Tasche 14 und der Kegelrolle 4, wie in 7 dargestellt, vorgesehen werden. Die Abstände s1, s2 können einen permanenten bzw. konstanten Gleitkontakt zwischen dem Steg 13 und der Kegelrolle 4 unterbinden, und dadurch die Gleitreibung zwischen den Steg 13 und der Kegelrolle 4 reduzieren. Die Abstände s1, s2 können auch das Risiko unterdrücken, dass der Steg 13 die Kegelrolle 4 behindert, wodurch das Laufmoment des Kegelrollenlagers 1 reduziert werden kann. Da das Risiko, dass der Steg 13 die Kegelrolle 4 behindert, wie oben beschrieben unterbunden werden kann, kann das Risiko, dass der Steg 13 durch die Kegelrolle 4 gefangen wird, unterdrückt werden, auch wenn das Kegelrollenlager 1 mit hoher Geschwindigkeit rotiert. Dadurch kann das Kegelrollenlager 1 mit höheren Geschwindigkeiten rotieren.
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Wie oben beschrieben kann das Laufmoment der beschriebenen Ausführungsform des Kegelrollenlagers 1 reduziert werden, und das Kegelrollenlager 1 kann mit höheren Geschwindigkeiten rotieren. Die Abstände s1, s2 sind so gewählt, dass das Risiko, dass der Steg 13 die Kegelrolle 4 in der Tasche 14 behindert und das Risiko, dass der Steg 13 durch die Kegelrolle 4 gefangen wird, unterbunden werden können. Zum Beispiel werden die Abstände s1, s2 auf einige Zehntel Millimeter festgelegt.
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8 ist die Schnittansicht V-V des Schnitts V aus 7 und zeigt einen Teilradialschnitt des Käfigs 10.
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In den Stegen 13, die die Tasche 14 bilden, sind die Seitenflächen 13b, die der Tasche 14 zugewandt sind so ausgebildet, dass sie sich geradlinig in radialer Richtung erstrecken, wie in 8 abgebildet. Wie oben beschrieben sind zwischen der Tasche 14 und der Kegelrolle 4 Abstände s1, s2 vorgesehen, und die Seitenflächen 13b der Stege 13 sind in radialer Richtung geradlinig ausgebildet. Dementsprechend können benachbarte Kegelrollen 4 durch die Stege 13 voneinander getrennt sein, wobei die Kontaktfläche zwischen der Seitenfläche 13b des Steges 13 und der Rolloberfläche 4c der Kegelrolle 4 so weit wie möglich reduziert werden kann. Dadurch kann der Reibwiderstand weiter reduziert werden.
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Wie in 8 dargestellt liegt im Schnitt gesehen ein radial inneres, distales Ende 13c jedes Stegs 13 radial innerhalb eines Teilkreises P, der die axialen Mitten der Kegelrollen 4 verbindet. In diesem Fall können benachbarte Kegelrollen 4 zuverlässig voneinander getrennt und durch die Stege 13 gehalten werden, verglichen mit dem Fall, dass, bspw. das distale Ende 13c jedes Steges 13 radial außerhalb des Teilkreises P liegen sollte.
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Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt. Zum Beispiel bezieht sich die oben beschriebene Ausführung auf den Fall, dass die Kegelrollenlager in einer Differentialeinheit verbaut sind. Das Kegelrollenlager ist jedoch auch in anderen Antriebsgetriebevorrichtungen, wie z.B. in einem Hinterachsgetriebe einsetzbar. Die vorstehend beschriebene Ausführungsform beschreibt den Fall, dass die innere Umfangsoberfläche 12a des ringförmigen Abschnitts großen Durchmessers 12 des Käfigs 10 als konische Oberfläche ausgebildet ist, die sich in Verlängerung bzw. entlang der inneren Umfangsoberflächen der Stege 13 erstreckt. Jedoch zeigt 9 beispielsweise, dass die innere Umfangsoberfläche 12a auch als zylindrische Oberfläche ausgebildet sein kann, die mit der äußeren Umfangsoberfläche 7a des großen Führungsbords 7 in Gleitkontakt steht. Da die innere Umfangsoberfläche 12a als dritte Gleitkontaktfläche an der äußeren Umfangsoberfläche 7a des großen Führungsbords 7 gleitet, ist der Käfig 10 in diesem Fall in radialer Richtung durch die äußere Umfangsoberfläche 7a des großen Führungsbords 7 positioniert. Demzufolge kann der Käfig 10 in radialer Richtung durch beide Flächen, die Außenringlauffläche 3a und die äußere Umfangsoberfläche 7a des großen Führungsbords 7 positioniert werden. Dadurch kann der Käfig 10 stabiler positioniert werden.
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In Fall von 9, ist im Wesentlichen kein Platz zwischen der inneren Umfangsoberfläche 12a des ringförmigen Abschnitts großen Durchmessers 12 und der äußeren Umfangsoberfläche 7a des großen Führungsbords 7. Das kann den Ablauf des Schmieröls auf der Seite des Innenrings 2 des Kegelrollenlagers 1 weiter begrenzen. Daraus resultiert, dass, verglichen zur vorhergehend beschriebenen Ausführungsform, eine größere Menge Schmieröl, die nahe des Kontaktbereichs zwischen der Stirnseite des großen Führungsbords 7b des Innenrings 2 und der großen Stirnseite 4b einer Kegelrolle 4 gehalten werden kann.
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Das Kegelrollenlager der Erfindung kann eine Kantenbelastung zwischen der großen Stirnseite der Kegelrolle und dem großen Führungsbord des Innenrings wirksam reduzieren.
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Die Erfindung schafft somit ein Kegelrollenlager bei dem ein Krümmungsradius der Stirnfläche des großen Führungsbords eines Innenrings einen Wert größer einem Abstand R hat, und ein Krümmungsradius einer großen Stirnfläche einer Kegelrolle einen Wert im Bereich von 80% und 100% des Abstandes R hat, wobei R den Abstand vom Kegelmittelpunkt der Kegelrolle zu einem vorgegebenen Bezugspunkt beschreibt. Der vorgegebene Bezugspunkt liegt getrennt vom Kegelmittelpunkt entlang der Innenringlauffläche. Ein Mittelpunkt einer Kontaktellipse, welche durch den Kontakt zwischen der großen Stirnfläche der Kegelrolle und der Stirnfläche des großen Führungsbords des Innenrings entsteht, liegt auf einer gedachten Gerade, die durch den Krümmungsmittelpunkt der großen Stirnfläche der Kegelrolle und durch den Krümmungsmittelpunkt der Stirnfläche des großen Führungsbords des Innenrings verläuft.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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