DE102015206349A1

DE102015206349A1 - Zweireihiges Schrägkugellager mit einteiligem Wälzkörperkäfig

Info

Publication number: DE102015206349A1
Application number: DE102015206349.6A
Authority: DE
Inventors: Alexander Pabst; Daniel Würdinger
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2015-04-09
Filing date: 2015-04-09
Publication date: 2016-10-13

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schrägkugellager (1) mit einer äußeren Kugelreihe (7) und mit einer inneren Kugelreihe (8), denen jeweils käfiggeführte, als Kugeln ausgebildete Wälzkörper (5, 6) zugeordnet sind, die außenseitig und innenseitig in Lagerringen (2, 9) geführt sind. Das Schrägkugellager (1) umfasst zumindest einen gemeinsamen, beide Kugelreihen (7, 8) führenden, inneren oder äußeren Lagerring (2, 9). Ein Durchmesser (Dw1) der Wälzkörper (5) der äußeren Kugelreihe (7) übertrifft den Durchmesser (Dw2) der Wälzkörper (6) der inneren Kugelreihe (8). Die Wälzkörper (5, 6) beider Kugelreihen (7, 8) sind in einem einteilig ausgeführten Käfig (12) geführt, wobei eine Auslegung von den Durchmessern (Dw1; Dw2) der Wälzkörper (5, 6) unter Berücksichtigung einzelner Parameter des Schrägkugellagers (1) erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schrägkugellager mit einer äußeren Kugelreihe und mit einer inneren Kugelreihe, denen jeweils käfiggeführte, als Kugeln ausgebildete Wälzkörper zugeordnet sind, die außenseitig und innenseitig in Lagerringen geführt sind. Das Schrägkugellager umfasst zumindest einen gemeinsamen, beide Kugelreihen führenden Wälzkörperkäfig. Der Durchmesser von den Wälzkörpern der äußeren Kugelreihe übertrifft dabei den Durchmesser der Wälzkörper der inneren Kugelreihe.
Derartige Schrägkugellager werden beispielsweise eingesetzt, um eine Welle gegenüber einer Umgebungskonstruktion in axialer und radialer Richtung zu führen, wobei die axiale und radiale Belastung in einer Hauptbelastungsrichtung von beiden Kugelreihen aufgenommen bzw. übertragen wird.
Aus dem Dokument DE 698 32 934 T2 ist eine Schrägkugellageranordnung für eine Radlagerung eines angetriebenen Fahrzeugrades bekannt. Die axial zueinander versetzten Kugelreihen schließen als Kugeln ausgeführte Wälzkörper mit gleichen Durchmessern ein, die in getrennten Wälzkörperkäfigen geführt sind.
In der EP 0 317 423 B1 ist eine nicht angetriebene Radnabenanordnung für ein Fahrzeug gezeigt, bei der zur Lagerung ein Tandem-Schrägkugellager vorgesehen ist. Für die Wälzkörper der in einer übereinstimmenden Radialebene angeordneten Kugelreihen ist ein gemeinsamer Wälzkörperkäfig vorgesehen.
Die Druckschrift DE 198 39 481 A1 zeigt ein Verteilergetriebe für ein Kraftfahrzeug, welches zur Lagerung einer Kegelritzelwelle zwei voneinander beabstandete, einseitig belastbare, zweireihige Schrägkugellager aufweist, die zueinander in einer O-Anordnung angestellt sind. Bei dieser Lageranordnung wird die axiale Last in einer Belastungsrichtung von dem ersten Schrägkugellager und in der Gegenrichtung von dem zweiten Schrägkugellager aufgenommen. Ein äußerer Lagerring der auch als Schrägschulterlager zu bezeichnenden Schrägkugellager ist dabei jeweils in einem Gehäuse eingesetzt und der zugehörige innere Lagerring auf der Ritzelwelle positioniert. Jeder Kugelreihe der Schrägkugellager ist ein Käfig zur Führung der Wälzkörper zugeordnet.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein reibungsoptimiertes zweireihiges Schrägkugellager zu schaffen, dessen Aufbau einen verringerten Bauteileumfang aufweist und der weiterhin die Montage vereinfacht und einen Kostenvorteil bietet.
Diese Aufgabenstellung wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Wälzkörper beider Kugelreihen des zweireihigen, auch als Tandem-Schrägkugellager zu bezeichnenden Schrägkugellagers in einem einteiligen Käfig geführt sind, wobei eine Auslegung der voneinander abweichenden Durchmesser der Wälzkörper zwischen beiden Kugelreihen unter Berücksichtigung einzelner Parameter des Schrägkugellagers erfolgt. Durch eine abgestimmte Auslegung der Wälzkörperdurchmesser sind übereinstimmende Umlaufgeschwindigkeiten für die Wälzkörper in den beiden getrennten Kugelreihen des Schrägkugellagers realisierbar, die eine Anwendung des einteiligen Käfigs ermöglicht. Im Vergleich zu bekannten Lösungen kann durch den einteiligen Käfig ein reibungsoptimiertes Schrägkugellager geschaffen werden. Bei bisherigen Schrägkugellagern mit zwei getrennten Käfigen führte eine Berührung, eine axiale Abstützung der getrennten, jeder Kugelreihe zugeordneten Käfige zu Reibungsverlusten. Der erfindungsgemäße einteilige Käfig verringert entscheidend ein nachteiliges Schleppmoment und somit die Reibung des Schrägkugellagers. Außerdem wird mit dem einteiligen Käfig der Bauteileumfang des Schrägkugellagers reduziert, was sich günstig auf das Handling der Bauteile während der Montage auswirkt und gleichzeitig zu einem Kostenvorteil führt. Die Erfindung nimmt gleichzeitig einen positiven Einfluss auf die Ölförderwirkung durch das Schrägkugellager. Im Unterschied zu einer Lösung mit zwei getrennten Käfigen, bei der sich ein Schlupf zwischen den sich relativ zueinander bewegenden getrennten Käfigen einstellt, unterbleibt bei einem einteiligen Käfig dieser die Ölförderwirkung im Schrägkugellager negativ beeinflussende Schlupf.
Eine Realisierung des erfindungsgemäßen Konzeptes mit einem einteiligen Käfig erfordert übereinstimmende Umlaufgeschwindigkeiten für die voneinander abweichend dimensionierten Wälzkörper in den getrennten Kugelreihen des Schrägkugellagers. Die Auslegung der Wälzkörperdurchmesser einer Kugelreihe erfolgt unter Einbeziehung von den Parametern, wie den Berührpunktdurchmessern bzw. Teilkreisdurchmessern der Wälzkörper sowie den Druckwinkeln der Kugelreihen gemäß nachfolgender Maßgabe:
Eine Berechnung der Käfigdrehzahl des einteiligen Käfigs, der Wälzkörper mit abweichenden Durchmessern für die getrennten Kugelreihen vorsieht, kann gemäß der Erfindung nach folgender Formel erfolgen:
Diese Auslegung berücksichtigt als Parameter die abweichenden Berührpunktdurchmesser von den Wälzkörpern, die Durchmesser der Wälzkörper, die Druckwinkel der Kugelreihen sowie die Drehzahl des inneren Lagerrings und des äußeren Lagerrings.
Die Formeln zur Berechnung von Wälzkörperdurchmessern und der Käfigdrehzahl sind unabhängig von der Einbausituation des erfindungsgemäßen Schrägkugellagers anwendbar. Die Formeln berücksichtigen beispielsweise ein Schrägkugellager, bei dem der innere Lagerring ortsfest und für dessen Drehzahl ein Wert D und für den äußeren umlaufenden Lagerring ein Drehzahlwert 1 anzusetzen ist. Dabei können für den inneren und den äußeren Lagerring auch Werte größer oder kleiner Null oder entgegengesetzt berücksichtigt werden. Somit kann das gemäß der Erfindung ausgeführte Schrägschulterlager alternativ zu einer Anordnung mit einem ortsfest positionierten inneren und rotierenden äußeren Lagerring auch eine gegensätzliche Anordnung der Lagerringe vorsehen. Außerdem besteht die Möglichkeit, das Schrägschulterlager beispielsweise zwischen einem rotierenden Gehäuse und einer rotierenden Welle einzusetzen, wobei die Drehrichtung der zugehörigen Lagerringe gleichgerichtet oder entgegengesetzt sein kann.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst das Schrägkugellager zur Aufnahme von den Wälzkörpern beider Kugelreihen einen als ein Fensterkäfig aufgebauten Käfig. Die Ausgestaltung des Fensterkäfigs ermöglicht, dass die Wälzkörper vorteilhaft sowohl radial von innen als auch radial von außen in die als Öffnungen bezeichneten Fenster des Käfigs einsetzbar sind. Die den Wälzkörpern entsprechenden Öffnungen des Fensterkäfigs gewährleisten einerseits während der Vormontage einen verliergesicherten Halt und andererseits im Betriebszustand keinen negativen Einfluss auf die Reibung des Schrägkugellagers. Vorteilhaft bietet es sich an, den einstückigen Käfig als ein Spritzgießteil auszuführen. Für den kastengünstig aus Kunststoff hergestellten einteiligen Käfig eignet sich vorzugsweise ein glasfaserverstärkter Kunststoff, wie Polyamid PA66. Außerdem kann ein gespritzter oder gefräster Käfig aus einem Kunststoff, wie PEAK oder PPS, eingesetzt werden. Alternativ zu Kunststoff kann ein verschleißbeständiger metallischer Werkstoff für den Käfig vorgesehen werden.
Im Hinblick auf eine ungehinderte Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Konzeptes ist für das Schrägkugellager bevorzugt eine konstruktive Ausgestaltung vorgesehen, dass die Kugeln der äußeren Kugelreihe einen größeren Kugeldurchmesser aufweisen als die Kugeln der inneren Kugelreihe. Damit verbunden übertrifft der Berühr- bzw. Teilkreisdurchmesser der äußeren Kugelreihe den Berührpunktdurchmesser der inneren Kugelreihe. Weiterhin umfasst ein vorteilhafter Aufbau des Schrägkugellagers zumindest einen einstückig ausgebildeten, axial ungeteilten Lagerring, der für jede Kugelreihe eine Laufbahn bildet, auf der jeweils die Wälzlager der axial versetzten Kugelreihen geführt sind. Bevorzugt ist der äußere Lagerring einteilig ausgebildet und der innere Lagerring zweiteilig aufgebaut. Alternativ dazu kann das erfindungsgemäße Schrägkugellager sowohl einen einteiligen inneren Lagerring als auch einen einteiligen äußeren Lagerring umfassen. Vorteilhaft weisen die voneinander abweichenden Kugelreihen des Schrägkugellagers gleiche Druckwinkel auf, wobei bei Bedarf das Schrägkugellager auch unterschiedliche Druckwinkel einschließen kann.
Das Schrägkugellager gemäß der Erfindung kann vorteilhaft in einem Planetengetriebe zur Lagerung eines Planetenträgers bzw. eines Differenzialkorbes oder eines Ritzels eingesetzt werden. Durch die erfindungsgemäße Lageranordnung wird eine genaue Führung zwischen dem gelagerten Bauteil und einem Gehäuse oder einem Maschinenaggregat erreicht.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert, wobei die Erfindung jedoch nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Es zeigen:
1 in einem Halbschnitt ein zweireihiges Schrägkugellager, dessen Kugelreihen in einem einteiligen Käfig geführt sind; und
2 den einteiligen Käfig gemäß 1 in einer Einzelteilzeichnung.
Das in der 1 abgebildete Schrägkugellager 1 umfasst einen äußeren, beispielsweise in einem Gehäuse (nicht gezeigt) drehfixierten, einstückig gestalteten Lagerring 2, der zwei axial versetzte Laufbahnen 3, 4 bildet, die für als Kugeln gestaltete Wälzkörper 5, 6 von zwei getrennten Kugelreihen 7, 8 bestimmt sind. Die Kugelreihen 7, 8 des Schrägkugellagers 1 sind dabei sowohl axial als auch radial zueinander versetzt angeordnet. Ein innerer, insbesondere geteilt ausgeführter, beispielsweise auf einer rotierenden Welle (nicht gezeigt) lagefixierter, rotierender Lagerring 9 des Schrägkugellagers 1 bildet Laufbahnen 10, 11 für die Wälzkörper 5, 6. Für die Wälzkörper 5 der äußeren Kugelreihe 7 ist ein Durchmesser D_w1 vorgesehen, der den Durchmesser D_w2 der Wälzkörper 6 der inneren Kugelreihe 8 übertrifft. Entsprechend stellt sich ein auch als Teilkreisdurchmesser zu bezeichnender Berührpunktdurchmesser D_pw1 für die Wälzkörper 5 an dem äußeren Lagerring 2 ein, der größer ist als der Berührpunktdurchmesser D_pw2 für die Wälzkörper 6 an dem äußeren Lagerring 2. Gemäß der Darstellung in 1 stimmen die Druckwinkel α₁ und α₂ beider Kugelreihen 7, 8 überein. Durch eine gezielte Abstimmung zwischen den Durchmessern D_w1, D_w2 der Wälzkörper 5, 6, den Berührpunktdurchmessern D_pw1, D_pw2 sowie den Druckwinkeln α₁ und α₂ kann eine Käfigdrehzahl n_K erreicht werden, bei der sich übereinstimmende Umfangsgeschwindigkeiten für die Wälzkörper 5, 6 in den Käfigabschnitten n_K1, n_K2 des Käfigs 12 einstellen. Diese abgestimmte Auslegung ist die Voraussetzung für die Verwendung eines einteilig bzw. einstückig aufgebauten Käfigs 12.
Die 2 zeigt den als ein Fensterkäfig aufgebauten Käfig 12 in einer Einzelteilzeichnung. Der Größe der Wälzkörper 5, 6 von den Kugelreihen 7, 8 angepasst sind in dem Käfig 12 ringförmige Öffnungen 13, 14 eingebracht. Die Gestaltung der Öffnungen 13, 14 ermöglicht eine Montage der Wälzkörper 5, 6 radial von innen oder von außen. Weiterhin gewährleisten die Öffnungen 13, 14 eine gewisse formschlüssige bzw. kraftschlüssige Fixierung und folglich einen verliergesicherten Halt der Wälzkörper 5, 6 während der Montage, jedoch ohne negativen Einfluss auf die Reibung des Schrägkugellagers 1 im Betriebszustand.
Bezugszeichenliste

1: Schrägkugellager
2: Lagerring (außen)
3: Laufbahn
4: Laufbahn
5: Wälzkörper
6: Wälzkörper
7: Kugelreihe
8: Kugelreihe
9: Lagerring (innen)
10: Laufbahn
11: Laufbahn
12: Käfig
13: Öffnung
14: Öffnung
α₁: Druckwinke
α₁: Druckwinkel
D_w1: Durchmesser (Wälzkörper)
D_w2: Durchmesser (Wälzkörper)
D_pw1: Berührpunktdurchmesser
D_pw2: Berührpunktdurchmesser
n_A: Drehzahl (Außenring)
n_I: Drehzahl (Innenring)
n_K: Drehzahl (Käfig)
n_K1: Drehzahl (Käfigabschnitt 1)
n_K2: Drehzahl (Käfigabschnitt 2)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 69832934 T2 [0003]
EP 0317423 B1 [0004]
DE 19839481 A1 [0005]

Claims

Schrägkugellager (1) mit einer äußeren Kugelreihe (7) und mit einer inneren Kugelreihe (8), denen jeweils käfiggeführte, als Kugeln ausgebildete Wälzkörper (5, 6) zugeordnet sind, die außenseitig und innenseitig an Laufbahnen (3, 4; 10, 11) von Lagerringen (2, 9) geführt sind, wobei das Schrägkugellager (1) zumindest einen gemeinsamen, beide Kugelreihen (7, 8) führenden, inneren oder äußeren Lagerring (2, 9) umfasst und ein Durchmesser (D_w1) der Wälzkörper (5) der äußeren Kugelreihe (7) den Durchmesser (D_w2) der Wälzkörper (6) der inneren Kugelreihe (8) übertrifft, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (5, 6) beider Kugelreihen (7, 8) in einem einteiligen Käfig (12) geführt sind, wobei eine Auslegung von den Durchmessern (D_w1; D_w2) der Wälzkörper (5, 6) unter Berücksichtigung einzelner Parameter des Schrägkugellagers (1) erfolgt.
Schrägkugellager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auslegung der voneinander abweichenden Durchmesser (D_w1, D_w2) der Wälzkörper (5, 6) unter Einbeziehung von den Berührpunktdurchmessern (D_pw1, D_pw2) der Wälzkörper (5, 6) an den Lagerringen (2, 9) und den Druckwinkeln α₁, α₂ der Kugelreihen (7, 8) nach folgender Formel erfolgt:
Schrägkugellager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Käfigdrehzahl (n_K) des einteiligen Käfigs (12) nach folgender Formel bestimmbar ist:
unter der Voraussetzung einer gleichen Umfangsgeschwindigkeit für die Wälzkörper (5, 6) der inneren Kugelreihe (8) und der äußeren Kugelreihe (7) in Käfigabschnitten (n_K1, n_K2) des Käfigs (12).
Schrägkugellager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der einteilige, zur Aufnahme von den Wälzkörpern (5, 6) beider Kugelreihen (7, 8) bestimmte Käfig (12) als ein Fensterkäfig aufgebaut ist.
Schrägkugellager (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (12) aus einem Kunststoff, beispielsweise einem glasfaserverstärktem Kunststoff, wie Polyamid PA66, hergestellt ist.
Schrägkugellager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Lagerring (2) des Schrägkugellagers (1) einstückig ausgebildet ist.
Schrägkugellager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Kugelreihen (7, 8) des Schrägkugellagers (1) übereinstimmende Druckwinkel (α1, α2) vorgesehen sind.
Schrägkugellager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schrägkugellager (1) in einem Planetengetriebe zur Lagerung eines Planetenträgers, eines Differenzialkorbes oder eines Ritzels eingesetzt ist.