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Die Erfindung betrifft eine Wälzlagereinheit zur drehbaren Lagerung einer Welle oder Drehachse, bestehend aus zumindest drei in axialer Richtung angeordneten Wälzlagern, zwei äußeren Schrägwälzlagern sowie einem mittigen Wälzlager anderer Bauart, nach den Merkmalen des Oberbegriffs der Ansprüche 1 und 2.
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Mehrreihige Schrägwälzlager weisen gegenüber einreihigen Schrägwälzlagern, die zusammen eine vergleichbare Belastbarkeit und Belastungsart zur Verfügung stellen, potenziell einen Bauraumvorteil auf. Daher werden insbesondere mehrreihige Schrägwälzlager gegenüber Paaren von einreihigen Schrägkugellagern bevorzugt in Lageranwendungen verbaut, die möglichst kleine Wälzlager bei einer vergleichsweise hohen Belastbarkeit erfordern.
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Wälzlagereinheiten der eingangs genannten Bauart werden insbesondere im Fahrzeugbereich, beispielsweise in Radlagerungen oder zur Lagerung von Wellen eines Getriebes eingesetzt. Um die Belastbarkeit zu erhöhen und den steigenden Anforderungen im Fahrzeugbau zu genügen, werden mehrere Wälzlager einschließende Wälzlagereinheiten benutzt.
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Die
DE 10 2004 038 709 A1 zeigt eine Wälzlagereinheit, die zwei Kugelkränze als Hauptlager aufweist sowie ein Vorspannlager mit einem entgegengesetzten Druckwinkel. Die radial äußeren Kugellaufbahnen sind dabei an einem einteiligen Außenring angeordnet. Zwei radial innere Laufbahnen des Hauptlagers sind an einem ersten Innenring und die Innenlaufbahn des Vorspannlagers an einem axial beabstandeten zweiten Innenring ausgebildet.
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Aus der
WO 2008/077676 A1 ist eine weitere, Schrägwälzlager einschließende Wälzlagereinheit mit einem einteiligen Außenring und zwei Innenringen bekannt. Diese Einheit umfasst zwei Wälzkörperreihen in einer tandemähnlichen Anordnung und mit gleichem Druckwinkel sowie eine dritte Wälzkörperreihe als Vorspannlager mit entgegen gerichtetem Druckwinkel. Die Wälzkörper der tandemähnlichen Anordnung sind als Kugelrollen und die Wälzkörper der dritten Reihe als Kugelrollen, Kegelrollen, Kugeln oder Zylinderrollen ausgebildet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kompakte, bauraumoptimierte Wälzlagereinheit zu schaffen, die eine hohe Tragzahl aufweist sowie einfach und kostengünstig herstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche 1 und 2 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 3 und 4.
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Der erfindungsgemäße Aufbau der Wälzlagereinheit nach Anspruch 1 umfasst zwei axial äußere Schrägwälzlager, die in einer O-Anordnung positioniert sind, zwischen denen ein als Loslager ausgeführtes Zylinderrollenlager als mittleres Wälzlager vorgesehen ist. Dabei weist die Wälzlagereinheit eine äußere für alle Wälzlager übereinstimmende Kontur auf sowie wenigstens einen Sicherungsring, der die inneren Lagerringe verbindet.
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Mit der erfindungsgemäßen Wälzlagereinheit, die zwei gleich dimensionierte, insbesondere als Kegelrollenlager ausgeführte Schrägwälzlager umfasst, deren Außenkontur mit der Außenabmessung des mittigen Zylinderrollenlagers übereinstimmt, kann innerhalb des vorhandenen Bauraums eine Lagerung mit einer deutlich erhöhten Tragzahl realisiert werden. Ergänzend zu einer verbesserten Tragfähigkeit und einer kompakten Bauweise zeichnet sich die Wälzlagereinheit durch eine hohe Steifigkeit aus. Bei Bedarf, zur weiteren Steigerung der Tragzahl, kann die erfindungsgemäße Wälzlagereinheit auch ein weiteres, viertes Wälzlager einschließen.
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Die axial äußeren, bevorzugt als Kegelrollenlager ausgeführten Schrägwälzlager der wenigstens drei Wälzlager einschließenden Wälzlagereinheit sind bevorzugt in einer O-Anordnung positioniert. Um eine größere Stützbasis, insbesondere für die Seitenkraftaufnahme zu realisieren, ist für die axial äußeren Schrägwälzlager der Wälzlagereinheit ein Druckwinkel von > 45° vorgesehen. Das mittige Loslager ist als Zylinderrollenlager ausgebildet, dessen Gestaltung unabhängig davon ist, ob das Zylinderrollenlager einen eigenen Innenring besitzt oder einen mit einem Kegelrollenlager gemeinsamen inneren Lagerring aufweist.
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Unabhängig von der Anzahl der inneren Lagerringe ist vorgesehen, dass benachbarte Lagerringe über einen Sicherungsring verbunden werden. Damit sind die einzelnen Wälzlager zu einer Baueinheit zusammengefügt, wodurch sich vorteilhaft die Lagerhaltung sowie die Endmontage der erfindungsgemäßen Wälzlagereinheit vereinfacht. Weiterhin zeichnet sich die Wälzlagereinheit durch einen einfachen, kostengünstigen Aufbau aus, der die Komplettierung und die Endmontage vereinfacht.
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Die bevorzugt drei Lager umfassende kompakte Wälzlagereinheit gemäß der Erfindung kann anstelle einer im Durchmesser größeren zweireihigen, Kegelrollen- oder Schrägwälzlager einschließende Wälzlagerung eingesetzt werden. Dabei ist zumindest eine übereinstimmende Lebensdauer bzw. Laufleistung bei geringerer Reibung erzielbar. Bevorzugt eignet sich die erfindungsgemäße Wälzlagereinheit für Radlageranwendungen von Fahrzeugen mit erhöhten Belastungsanforderungen, ohne dabei einen größeren radialen Bauraum in Anspruch zu nehmen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Radlagerungen beschränkt, sondern kann grundsätzlich für verschiedenste Anwendungen, beispielsweise in Getrieben eingesetzt werden.
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Gemäß Anspruch 2 umfasst die erfindungsgemäße Wälzlagereinheit drei handelsübliche Standard-Wälzlager, zwei gleich dimensionierte, als Kegelrollenlager ausgebildete Schrägwälzlager sowie als mittleres Wälzlager ein Rillenkugellager. Alternativ zu einem Rillenkugellager kann auch ein Vierpunktlager eingesetzt werden. Im Vergleich zu den Schrägwälzlagern ist das Rillenkugellager kleiner dimensioniert und weist insbesondere einen reduzierten Außendurchmesser auf. Durch die Verwendung von handelsüblichen Standard-Wälzlagern, die jeweils einen inneren und äußeren Lagerring einschließen, ist eine kostengünstige Wälzlagereinheit darstellbar.
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Eine bauteiloptimierte Ausführungsform der aus drei Wälzlagern bestehenden Wälzlagereinheit schließt zwei innere Lagerringe ein, wobei ein innerer Lagerring Laufbahnen für die Wälzkörper des mittigen Zylinderrollenlagers und eines seitlichen Schrägwälzlagers bildet. Gemäß einer weiteren Lösung sind zwei gleich lange innere Lagerringe vorgesehen, wobei diese im Bereich einer Mitte der Wälzkörper des Zylinderrollenlagers zusammenstoßen. In Verbindung mit zwei gleich langen inneren Lagerringen bietet es sich zur Darstellung eines Loslagers an, die Borde zur axialen Führung der Wälzkörper jeweils an den verlängerten inneren Lagerringen anstelle des äußeren Lagerings anzuordnen. Außerdem kann die Wälzlagereinheit drei getrennte innere Lagerringe sowie drei äußere Lagerringe umfassen. Ein Zusammenfügen aller Wälzlager zu einer Wälzlagereinheit erfolgt mittels zumindest eines Sicherungsrings, der jeweils benachbarte innere Lagerringe der Wälzlager verbindet. Als Sicherungsring eignet sich beispielsweise ein radial vorgespannter, im Querschnitt U-förmiger Clipring, der innenseitig in korrespondierende Ringnuten der zusammenstoßenden, inneren Lagerringe kraft- und formschlüssig verrastet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Wälzlagereinheit gemäß der Erfindung jeweils in axialer Richtung an den Außenseiten der Schrägwälzlager bzw. Kegelrollenlager abgedichtet. Dazu eignet sich insbesondere eine bevorzugt drehstarr in einem die Wälzlagereinheit aufnehmenden Gehäuse eingesetzte Dichtung. Wenigstens eine Dichtlippe der Dichtung ist an dem rotierenden inneren Lagerring des Schrägwälzlagers abgestützt. Zur Erzielung einer vollständig abgedichteten Wälzlagereinheit im Einbauzustand bietet es sich an, Trennfugen zwischen den inneren Lagerringen beispielsweise durch elastische, die inneren Lagerringe umschließende Dichtelemente abzudichten.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus Ausführungsbeispielen, die nachfolgend im Zusammenhang mit zugehörigen Figuren beschrieben sind. Die Erfindung ist nicht dabei auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Es zeigt:
- 1 in einem Halbschnitt eine Wälzlagereinheit, bestehend aus zwei Schrägwälzlagern, zwischen denen ein Zylinderrollenlager positioniert ist;
- 2 die Wälzlagereinheit gemäß 1 mit abweichend gestalteten inneren Lagerringen;
- 3 die Wälzlagereinheit gemäß 1 mit einer weiteren Variante von Lagerringgestaltungen;
- 4 eine Wälzlagereinheit, die ein zwischen zwei Schrägwälzlagern angeordnetes Rillenkugellager einschließt.
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Das Ausführungsbeispiel in 1 zeigt eine insgesamt drei Wälzlager umfassende Wälzlagereinheit 1 im Halbschnitt. Mittig der Wälzlagereinheit 1 ist ein Zylinderrollenlager 2 als Loslager positioniert, dem beidseitig in axialer Richtung jeweils als Schrägwälzlager 3 ein Kegelrollenlager zugeordnet ist. Die identischen Schrägwälzlager 3 sind dabei spiegelbildlich eingebaut, wobei deren Wälzkörper 4 in einer O-Anordnung platziert sind. Die Wälzlagereinheit 1, deren Wälzlager alle eine übereinstimmende Außenkontur bzw. Außendurchmesser aufweisen, ist in einem Gehäuse 5, beispielsweise einem Radträger von einem Fahrwerk eines Fahrzeugs (nicht gezeigt) eingesetzt, zur drehbaren Lagerung einer Welle 6 bzw. einer Radnabe eines Fahrzeugrades. Alle Wälzlager 2, 3 sind dazu mit äußeren Lagerringen 7, 8 insbesondere mittels einer Presspassung im Gehäuse 5 lagefixiert. Innere Lagerringe 9, 10 der Wälzlager 2, 3 sind zur Aufnahme der Welle 6 bestimmt. Zylindrische Wälzkörper 11 des Zylinderrollenlagers 2 sind zwischen einer Außenlaufbahn 12 sowie einer Innenlaufbahn 13 der Lagerringe 7, 9 eingesetzt und dabei in einem Wälzkörperkä14 geführt. Die Schrägwälzlager 3 bilden für die kegelförmigen, in dem Wälzkörperkä17 geführten Wälzkörper 4 entsprechend gestaltete Außenlaufbahnen 15 und Innenlaufbahnen 16 an den Lagerringen 8, 10. Ein Zusammenhalt des Zylinderrollenlagers 2 sowie der Schrägwälzlager 3 zur Darstellung der Wälzlagereinheit 1 erfolgt durch zwei gleich ausgelegte Sicherungsringe 18. Diese Sicherungsringe 18 verbinden jeweils den inneren Lagerring 9 des Zylinderrollenlagers 2 mit einem der inneren Lagerringe 10. Als Sicherungsring 18 ist ein radial vorgespannter, im Querschnitt U-förmiger Clipring vorgesehen, dessen beabstandete Schenkel in korrespondierende, an der Innenseite der Lagerringe 9, 10 eingebrachte Ringnuten 19, 20 kraft- und formschlüssig verrastet. Zur Abdichtung des Innenraums der Wälzlagereinheit 1 ist in axialer Richtung an den Außenseiten beider Schrägwälzlager 3 eine im Gehäuse 5 drehfixierte Dichtung 21 eingebracht, die innenseitig schleifend an dem inneren Lagerring 10 abgestützt ist. Weiterhin sind die sich zwischen den einzelnen inneren Lagerringen 9, 10 einstellenden Trennfugen 22, 23 durch elastische, die Lagerringe 9, 10 umschließende Dichtelemente 24 abgedichtet.
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Die 2 bis 4 zeigen alternative Ausführungen von erfindungsgemäßen Wälzlagereinheiten, wobei für übereinstimmende Bauteile gleiche Bezugsziffern verwendet werden. Die nachfolgenden Beschreibungen sind weitestgehend auf unterschiedliche Ausgestaltungen beschränkt.
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Gemäß 2 umfasst die Wälzlagereinheit 31 zwei unterschiedliche Schrägwälzlager 3, 33, zwischen denen das Zylinderrollenlager 32 angeordnet ist. Das Schrägwälzlager 33 bildet abweichend zu dem Schrägwälzlager 3 einen einseitig verlängerten inneren Lagerring 40, auf dem sowohl die Wälzkörper 4 des Schrägwälzlagers 3 als auch die Wälzkörper 11 des Zylinderrollenlagers 32 geführt sind. Aufgrund des verlängerten inneren Lagerrings 40 sind die inneren Lagerringe 10, 40 mit nur einem Sicherungsring 18 zusammengefügt.
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In 3 ist die Wälzlagereinheit 41 gezeigt, bei der die übereinstimmend aufgebauten Schrägwälzlager 43 jeweils bis zur Mitte der Wälzlagereinheit 41 reichende innere Lagerringe 50 gleicher Länge aufweisen. Die Lagerringe 50 sind einerseits für die Wälzkörper 4 der Schrägwälzlager 43 und andererseits gemeinsam für die Wälzkörper 11 des Zylinderrollenlagers 42 bestimmt. Bei dieser zweiteiligen Innenringlösung befindet sich die Trennfuge 44 zwischen Lagerringen 50 in der Mitte der Wälzlagereinheit 41 bzw. mittig der Wälzkörper 11 von dem Zylinderrollenlager 42.
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Die 4 zeigt die Wälzlagereinheit 51 im Einbauzustand, die drei handelsübliche Standard-Wälzlager umfasst, ein mittiges Rillenkugellager 52 sowie zwei gleiche, spiegelbildlich in einer O-Anordnung platzierte Schrägwälzlager 53 mit kegelförmigen Wälzkörper 54. Das Rillenkugellager 52 weist dabei einen im Vergleich zu den Schrägwälzlagern 53 reduzierten Außendurchmesser auf. Die Wälzlagereinheit 51 ist an einer Schulter 55 der Welle 6 axial abgestützt. Über ein im Gehäuse 5 eingesetztes und an einem Schrägwälzlager 53 abgestütztes Halteelement 56 ist die Wälzlagereinheit 51 lagefixiert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wälzlagereinheit
- 2
- Zylinderrollenlager
- 3
- Schrägwälzlager
- 4
- Wälzkörper
- 5
- Gehäuse
- 6
- Welle
- 7
- Lagerring (außen)
- 8
- Lagerring (außen)
- 9
- Lagerring (innen)
- 10
- Lagerring (innen)
- 11
- Wälzkörper
- 12
- Außenlaufbahn
- 13
- Innenlaufbahn
- 14
- Wälzkörperkäfig
- 15
- Außenlaufbahn
- 16
- Innenlaufbahn
- 17
- Wälzkörperkäfig
- 18
- Sicherungsring
- 19
- Ringnut
- 20
- Ringnut
- 21
- Dichtung
- 22
- Trennfuge
- 23
- Trennfuge
- 24
- Dichtelement
- 31
- Wälzlagereinheit
- 32
- Zylinderrollenlager
- 33
- Schrägwälzlager
- 40
- Lagerring (innen)
- 41
- Wälzlagereinheit
- 42
- Zylinderrollenlager
- 43
- Schrägwälzlager
- 44
- Trennfuge
- 50
- Lagerring (innen)
- 51
- Wälzlagereinheit
- 52
- Rillenkugellager
- 53
- Schrägwälzlager
- 55
- Schulter
- 56
- Halteelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004038709 A1 [0004]
- WO 2008/077676 A1 [0005]
