DE102017123601A1

DE102017123601A1 - Kugellager

Info

Publication number: DE102017123601A1
Application number: DE102017123601.5A
Authority: DE
Inventors: Yasumasa Tamura
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2017-10-11
Filing date: 2017-10-11
Publication date: 2019-04-11

Abstract

Ein Kugellager umfasst zwei Lagerringe (2,3), nämlich einen Innenring (2) und einen Außenring (3), wobei durch einen der Lagerringe (2) eine Laufbahn für Wälzkörper (4) gebildet ist, welche längs des Umfangs des Lagerrings (2) Abschnitte unterschiedlicher Profilierung aufweist. Der verschiedene Profilierungen aufweisende Lagerring (2) weist mehrere Bereiche (A) mit einer Profilierung ersten Typs sowie mehrere Bereiche (D) mit einer Profilierung zweiten Typs auf.

Description

Die Erfindung betrifft ein käfigloses Kugellager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiges Kugellager ist zum Beispiel aus der DE 43 08 045 A1 bekannt. Das bekannte Kugellager weist unterschiedliche Laufbahnquerschnitte in der belasteten und in der unbelasteten Zone des stillstehenden Lagerrings auf. Hierbei rollen die Wälzkörper in der unbelasteten Zone auf einem kleineren Rollradius als in der belasteten Zone ab. Damit soll eine Beschleunigung der Wälzkörper beim Eintritt in die belastete Zone erreicht werden, was einen Abstand zum nachfolgenden Wälzkörper entstehen lässt und auf diese Weise Verschleiß vermindern soll.
Ein vollkugeliges Schrägkugellager, das heißt Schrägkugellager ohne Käfig, ist beispielsweise in der DE 10 2007 033 905 A1 offenbart. Bei diesem Schrägkugellager beträgt der durchschnittliche, freie Abstand zwischen zwei Kugeln mehr als 0,4 % des Kugeldurchmessers. Die Endluft der Reihe an Wälzkörpern soll mehr als einen Kugeldurchmesser betragen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem Stand der Technik unter reibungs- und verschleißtechnischen Gesichtspunkten weiterentwickeltes vollrolliges Kugellager anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Kugellager mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Das Kugellager umfasst zwei Lagerringe, wobei einer der Lagerringe eine längs seines Umfangs uneinheitliche Profilierung aufweist. Hierbei sind mehrere Bereiche einer Profilierung ersten Typs und mehrere Bereiche einer Profilierung zweiten Typs gegeben, wobei die unterschiedlichen Bereiche alternieren. Die Gesamtzahl der Bereiche unterschiedlicher Profilierung entspricht vorzugsweise der Anzahl der Wälzkörper des Kugellagers. Es handelt sich damit um ein Kugellager mit gerader Wälzkörperanzahl.
Die verschieden profilierten Bereiche der Wälzkörperlaufbahn eines Lagerrings unterscheiden sich hinsichtlich des effektiven Rollradius, wobei dieser durch den Wälzkörperradius nach oben begrenzt ist. In Bereichen, in denen der effektive Rollradius dem Wälzkörperradius entspricht, beschreibt die Laufbahn vorzugsweise ein Profil, wie es bei Rillenkugellagern gängig ist. Hierbei ist nur ein einziger, näherungsweise punktförmiger Kontakt zwischen Wälzkörper und Lagerring gegeben. Dagegen ist in Bereichen mit reduziertem Rollradius die Laufbahn vorzugsweise in Form eines gotischen Profils, das heißt entsprechend einem Viepunktlager, gestaltet. In diesem Fall kontaktiert der Wälzkörper an zwei Punkten den Lagerring.
Beim zweiten Lagerring des Kugellagers, das heißt einheitlich profilierten Lagerring, handelt es sich vorzugsweise um einen Lagerring, wie er von Rillenkugellagern her bekannt ist. Alternativ entspricht die Form dieses Lagerrings der Form eines Lagerrings eines Vierpunktlagers. Im letztgenannten Fall kontaktiert jeder Wälzkörper beim Betrieb des Kugellagers die Lagerringe alternierend an drei und vier Punkten.
Durch die in Umfangsrichtung alternierende Profilierung eines der Lagerringe wird beim Betrieb des Kugellagers eine entsprechend alternierende Beschleunigung und Verzögerung der Wälzkörper erreicht, womit diese im Mittel auf Abstand gehalten werden, was sowohl hinsichtlich der Reibung als auch hinsichtlich des Verschleißes von Vorteil ist. Das Wälzlager ist grundsätzlich für Fettschmierung ebenso wie für Ölschmierung geeignet.
Bei dem Lagerring mit uneinheitlicher Profilierung kann es sich wahlweise um den Innenring oder um den Außenring des Kugellagers handeln. Ebenso kann es sich bei diesem Lagerring wahlweise um den rotierenden oder um den stillstehenden Lagerring handeln.
Das Kugellager ist beispielsweise in Motorradmotoren verwendbar. Auch in größeren Fahrzeugmotoren, in Getrieben und in stationären Maschinen ist das Kugellager einsetzbar. In jedem Fall zeichnet es sich bei einem sehr günstigen Verschleißverhalten durch ein besonders günstiges Verhältnis zwischen Bauraum und mechanischer Belastbarkeit aus.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen, teils vereinfacht:

1 in einer Schnittdarstellung ein Kugellager in einem ersten Umfangsbereich,
2 in einer Darstellung analog 1 die Querschnittsgestaltung des Wälzlagers in einem zweiten Umfangsabschnitt,
3 ein Detail des Wälzlagers in schematisierter Darstellung,
4 eine Draufsicht auf das Wälzlager in teils überhöhter Darstellung.

Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnetes vollrolliges Kugellager weist zwei Lagerringe 2, 3, nämlich einen Innenring 2 und einen Außenring 3, auf, zwischen welchen Wälzkörper 4, das heißt Kugeln, abrollen. Durch den Innenring 2 ist eine innere Laufbahn 5, durch den Außenring 3 eine äußere Laufbahn 6 gebildet. Während die äußere Laufbahn 6 einheitlich profiliert ist, wie bei Rillenkugellagern üblich, weist die innere Laufbahn 5 eine uneinheitliche Profilierung auf, auf welche noch näher eingegangen werden wird.
Längs des Umfangs der Lagerringe 2, 3 sind alternierend verschiedene Bereiche A, D gegeben, welche sich hinsichtlich der Profilierung des Innenrings 2 voneinander unterscheiden. Die 1 zeigt einen Schnitt im Bereich A, welcher als Beschleunigungsbereich bezeichnet wird. Der in 2 dargestellte Schnitt bezieht sich auf den Bereich D, welcher als Verzögerungsbereich bezeichnet wird.
Die Wälzkörper 4 des Kugellagers weisen einen einheitlichen Kugelradius R auf. Der Mittelpunkt jeder Kugel 4 ist mit M bezeichnet. Der 1 dargestellte Schnitt ist grundsätzlich von Rillenkugellagern her bekannt. Der Wälzkörper 4 kontaktiert die innere Laufbahn 5 an einem inneren Anlagepunkt P_i und die äußere Laufbahn 6 an einem äußeren Anlagepunkt P_a . Eine Bordhöhe des Innenrings 2 ist mit h_B angegeben. Der mit r_E bezeichnete effektive Rollradius entspricht im Beschleunigungsbereich A, wie in 1 dargestellt, dem Kugelradius R. Die in Umfangsrichtung gemessene, in mm/s angegebene Geschwindigkeit des Wälzkörpers 4 errechnet sich aus dessen Drehzahl, angegeben in Umdrehungen pro Sekunde, multipliziert mit dem Umfang des Wälzkörpers 4, das heißt mit dem Faktor 2 π R. Dieser Zusammenhang ist in ähnlicher Weise auch innerhalb des in 2 dargestellten Verzögerungsbereichs D gegeben, wobei in diesem Fall der Kugelradius R durch den kleineren effektiven Rollradius r_E zu ersetzen ist. Der kleinere effektive Rollradius r_E ergibt sich aus der Gestaltung der inneren Laufbahn 5 als gotisches Profil, wie ansonsten bei Vierpunktlagern gängig. Der Wälzkörper 4 kontaktiert im Verzögerungsbereich D die innere Laufbahn 5 an zwei inneren Anlagepunkten P_i1 und P_i2 . Was den äußeren Anlagepunkt P_a betrifft, ist keine Änderung gegenüber der Querschnittsgestaltung nach 1 gegeben.
In 3 ist die abwechselnde Beschleunigung der Wälzkörper 4 im Beschleunigungsbereich A (Acceleration) und Abbremsung im Verzögerungsbereich D (Deceleration) veranschaulicht. Durch die permanent alternierende Beschleunigung und Verzögerung der Wälzkörper 4 werden zwischen diesen Abstände gebildet, die mit Sp bezeichnet sind. Durch eine gestrichelte Linie ist in 3 ein überhöhter Bordbereich 7 angedeutet, welcher auch in 2 markiert ist. Schmiermittel 8 kann sich insbesondere zwischen den Wälzkörpern 4 befinden. Wie in 3 idealisiert dargestellt ist, befindet sich das Schmiermittel 8 insbesondere in Bereichen, in denen sich bei Wälzlagern mit Käfig der Käfig befindet. Durch die alternierende Beschleunigung und Verzögerung der Wälzkörper 4 wird beim Kugellager 1 quasi ein virtueller Käfig bereitgestellt. Dennoch bleiben die Vorteile von vollrolligen Wälzlagern, insbesondere die dichte Bestückung mit Wälzkörpern 4, erhalten. Die Anzahl der Wälzkörper 4 entspricht der Summe aus Beschleunigungsbereichen A und Verzögerungsbereichen D, wie aus 4 hervorgeht. Das Kugellager 1 weist eine gerade Zahl, im vorliegenden Fall 16, an Wälzkörpern 4 auf.
Bezugszeichenliste

1: Kugellager
2: Innenring
3: Außenring
4: Wälzkörper, Kugel
5: innere Laufbahn
6: äußere Laufbahn
7: überhöhter Bordbereich
8: Schmiermittel
A: Beschleunigungsbereich
D: Verzögerungsbereich
h_B: Bordhöhe
h_L: Laufbahnüberhöhung
hz: Zusatzbordhöhe
M: Kugelmittelpunkt
r_E: effektiver Rollradius
R: Kugelradius
P_a: äußerer Anlagepunkt
P_i: innerer Anlagepunkt
P_i1: innerer Anlagepunkt
P_i2: innerer Anlagepunkt
Sp: Abstand

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 4308045 A1 [0002]
DE 102007033905 A1 [0003]

Claims

Kugellager, mit zwei Lagerringen (2,3), wobei durch einen der Lagerringe (2) eine Laufbahn für Wälzkörper (4) gebildet ist, welche längs des Umfangs des Lagerrings (2) Abschnitte unterschiedlicher Profilierung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der verschiedene Profilierungen aufweisende Lagerring (2) mehrere Bereiche (A) mit einer Profilierung ersten Typs sowie mehrere Bereiche (D) mit einer Profilierung zweiten Typs aufweist.
Kugellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilierung ersten Typs ein Rillenkugellagerprofil und die Profilierung zweiten Typs ein gotisches Profil beschreibt.
Kugellager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe aus der Anzahl der Bereiche (A) mit einer Profilierung ersten Typs und der Bereiche (B) mit einer Profilierung zweiten Typs der Anzahl der Wälzkörper (4) entspricht.
Kugellager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (2) Bereiche (A,D) unterschiedlicher Profilierung aufweist, wogegen der Außenring (3) einheitlich profiliert ist.