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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf ein dreireihiges Schrägkugellager, mit einem ersten Lagerinnenring, einer in einem Außenumfangsbereich des ersten Lagerinnenringes ausgebildeten ersten inneren konkaven Wälzkörperlaufbahn, einer axial zur ersten inneren Wälzkörperlaufbahn versetzt ebenfalls im Außenumfangsbereich des ersten Lagerinnenringes ausgebildeten zweiten inneren konkaven Wälzkörperlaufbahn, einem zweiten Lagerinnenring, mit einer im Außenumfangsbereich desselben ausgebildeten dritten inneren konkaven Wälzkörperlaufbahn, einem Lageraußenring, mit einer in einem Innenumfangsbereich des Lageraußenringes ausgebildeten ersten äußeren konkaven Wälzkörperlaufbahn, einer axial zur ersten äußeren Wälzkörperlaufbahn versetzt in dem Lageraußenring ausgebildeten zweiten äußeren konkaven Wälzkörperlaufbahn, einer axial zur zweiten äußeren Wälzkörperlaufbahn wiederum versetzt in dem Lageraußenring ausgebildeten dritten äußeren konkaven Wälzkörperlaufbahn, einem ersten Kugelkranz mit ersten Kugeln, die in einem ersten Bahnraum aufgenommen sind der sich zwischen der ersten inneren Wälzkörperlaufbahn und der ersten äußeren Wälzkörperlaufbahn erstreckt, und einem zweiten Kugelkranz mit zweiten Kugeln, die in einem zweiten Bahnraum aufgenommen sind, der sich zwischen der zweiten inneren Wälzkörperlaufbahn und der zweiten äußeren Wälzkörperlaufbahn erstreckt und einem dritten Kugelkranz mit dritten Kugeln, die in einem dritten Bahnraum aufgenommen sind, der sich zwischen der dritten inneren Wälzkörperlaufbahn und der dritten äußeren Wälzkörperlaufbahn erstreckt. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auch auf eine Käfigeinrichtung für ein derartiges dreireihiges Schrägkugellager.
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Ein dreireihiges Schrägkugellager der oben genannten Art ist aus der auf die Anmelderin zurückgehenden deutschen Patentanmeldung
DE 10 2012 215 280 A1 bekannt.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schrägkugellager der eingangs genannten Art zu schaffen, das sich durch eine hohes Tragvermögen auszeichnet und gegenüber bisherigen Bauformen mit entsprechendem Tragvermögen unter reduzierten Fertigungskosten herstellbar ist.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung gelöst durch ein dreireihiges Schrägkugellager mit einem ersten Lagerinnenring, der eine erste und eine zweite innere Laufbahn bildet, einem zweiten Lagerinnenring, der axial an den ersten Lagerinnenring angesetzt ist und eine dritte innere Laufbahn bildet, einem Lageraußenring, der eine erste, eine zweite und eine dritte äußere Laufbahn bildet, und einem der jeweiligen Laufbahn zugeordneten ersten, zweiten und dritten Kugelkranz mit Kugeln die jeweils in einem Käfig geführt sind, wobei der die Kugeln des dritten Kugelkranzes auf dem zweiten Lagerinnenring führende dritte Käfig als einseitig offener Käfig ausgebildet ist und so an den Kugelkranz angesetzt ist, dass dessen Bord sich auf einer den Kugeln des zweiten, d.h. mittleren Kugelkranzes abgewandten Seite erstreckt und die offenen Seiten der Käfigtaschen dem zweiten, d.h. dem mittleren Kugelkranz zugewandt sind.
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Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, den Bord des Käfigs der äußersten auf dem einspurigen Lagerinnenring laufenden Kugelreihe außen anzuordnen, so dass die Kugelreihen bauraumtechnisch um den Anteil eines Bordes zusammengerückt werden können und das Lager dadurch schmaler, d.h. axial kürzer wird.
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Vorzugsweise werden die Kugeln des dritten Kugelkranzes axial derart nahe an den zweiten Kugelkranz herangerückt, dass der zum Käfig des zweiten Kugelkranzes verbleibende Axialabstand des dritten Kugelkranzes kleiner ist, als die in Axialrichtung gemessene Breite des Bords des dritten Käfigs. Vorzugsweise ist dabei auch der Käfig des zweiten Kugelkranzes ebenfalls als einseitig offener Käfig ausgeführt.
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Das erfindungsgemäße dreireihige Schrägkugellager wird weiterhin vorzugsweise derart ausgebildet, dass sich der Käfigbord des Käfigs des zweiten Kugelkranzes auf der zum dritten Kugelkranz hinweisenden Seite des zweiten Kugelkranzes befindet. Der Käfig des zweiten Kugelkranzes und der Käfig des dritten Kugelkranzes können hierbei gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung baugleich ausgeführt werden. Vorzugsweise ist auch der Käfig des ersten Kugelkranzes als Käfig mit axial einseitig offenen Taschen ausgeführt. Der Bord dieses Käfigs erstreckt sich dabei dann vorzugsweise auf der dem zweiten Kugelkranz abgewandten Seite des ersten Kugelkranzes.
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Die Käfige werden vorzugsweise derart ausgebildet, dass diese in ihrer Art sog. Schnappkäfigen ähneln, jedoch in Umfangsrichtung schmaler bauende Stege aufweisen und einen gegenüber Schnappkäfigen größeren Füllungsgrad bieten. Die Käfige sind dabei vorzugsweise als Wälzkörper-geführte Käfige ausgeführt. Es ist jedoch auch möglich, die Käfige so zu gestalten, dass diese sich auch leichtgängig und vorzugsweise über eine, einen hydrodynamischen Schmierfilm aufbauende Kontaktfläche am Lageraußenring und/oder einem der Lagerinnenringe stützen können. Insgesamt sind die Käfige vorzugsweise als relativ massive Kunststoffkäfige ausgeführt.
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Die Erfindung bezieht sich im Kern auf ein 3-reihiges Schrägkugellager, insbesondere für Anwendungen in Getrieben. Das dreireihige Schrägkugellager weist zwei Innenringe auf, wobei einer dieser Innenringe zwei innere Laufbahnen trägt und der andere Innenring lediglich eine Laufbahn trägt. Die an diesen Innenringen und am Außenring vorgesehenen Schultern sind so gestaltet, dass das Kugellager als Schrägkugellager fungiert und dabei jeder der Innenringe von seiner äußeren Seite her auf Druck trägt, d.h. über die an ihm abrollenden Wälzkörper jeweils axial gegen ein weiteres Eintauchen in den Außenring abgestützt ist, die Innenringe tragen also axial in entgegen gesetzte Richtungen.
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Das Lager umfasst einen gemeinsamen Außenring mit drei inneren Laufbahnen. Eine der Kugelreihen weist generell Kugeln mit größerem Durchmesser und größerem Laufbahndurchmesser auf. Die anderen beiden Reihen, d.h. die in der mittleren Laufbahn des Außenringes abrollende Reihe und die an dem einspurigen Innenring abrollende Reihe, sind hinsichtlich ihrer Abmessungen gleich. Eine weitere Besonderheit der Erfindung besteht in einer Detailgestaltung des Käfigs, insbesondere im Längsschnitt desselben. Die Käfige der hinsichtlich der Abwälzgeometrien baugleichen Kugel-Reihen sind baugleich ausgeführt und insoweit als gefahrlos austauschbare Gleichteile gefertigt. Diese Möglichkeit der baugleichen Ausführung wird erreicht, indem die Käfigstruktur so abgestimmt ist, dass diese bei Beibehaltung ausreichender Führungsgeometrien den Raumverhältnissen beider Laufreihen Rechnung trägt.
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Die eingangs angegebene Aufgabe wird gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden den Erfindung auch gelöst durch ein Schrägkugellager, mit:
- - einem ersten Lagerinnenring,
- - einer in einem Außenumfangsbereich des ersten Lagerinnenringes ausgebildeten ersten inneren Wälzkörperlaufbahn, die im Axialschnitt konkav gekrümmt ist,
- - einer zur ersten inneren Wälzkörperlaufbahn axial versetzt ebenfalls im Außenumfangsbereich des ersten Lagerinnenringes ausgebildeten zweiten inneren Wälzkörperlaufbahn, die im Axialschnitt ebenfalls konkav gekrümmt ist,
- - einem zweiten Lagerinnenring, der axial an den ersten Lagerinnenring angesetzt ist,
- - einer in einem Außenumfangsbereich des zweiten Lagerinnenringes ausgebildeten dritten inneren Wälzkörperlaufbahn, die im Axialschnitt konkav gekrümmt ist,
- - einem Lageraußenring, mit einer ersten Außenringstirnfläche, einer zweiten Außenringstirnfläche, und einer Außenringsitzfläche sowie einer in einem Innenumfangsbereich des Lageraußenringes ausgebildeten ersten, zweiten und dritten äußeren Wälzkörperlaufbahn, die im Axialschnitt jeweils konkav gekrümmt ist,
- - einem ersten Kugelkranz mit ersten Kugeln, die in einer ersten Richtung unter einem ersten Druckwinkel radial und axial tragen und die in einer ersten Käfigeinrichtung in einem ersten Bahnraum aufgenommen sind, der sich zwischen der ersten inneren Wälzkörperlaufbahn und der ersten äußeren Wälzkörperlaufbahn erstreckt,
- - einem zweiten Kugelkranz mit zweiten Kugeln, die ebenfalls in der ersten Druckrichtung unter einem zweiten Druckwinkel radial und axial tragen und die in einer zweiten Käfigeinrichtung in einem zweiten Bahnraum aufgenommen sind, der sich zwischen der zweiten inneren Wälzkörperlaufbahn und der zweiten äußeren Wälzkörperlaufbahn erstreckt,
- - einem dritten Kugelkranz mit dritten Kugeln, die in einer der ersten Druckrichtung entgegen gesetzten zweiten Druckrichtung unter einem dritten Druckwinkel axial und radial tragen und in einer dritten Käfigeinrichtung in einem dritten Bahnraum aufgenommen sind, der sich zwischen der dritten inneren Wälzkörperlaufbahn und der dritten äußeren Wälzkörperlaufbahn erstreckt, wobei
- - die Zentren der ersten Kugeln auf einer ersten Zentrumsbahn, die Zentren der zweiten Kugeln auf einer zweiten Zentrumsbahn, und die Zentren der dritten Kugeln auf einer dritten Zentrumsbahn um die Lagerachse umlaufen,
- - die ersten und zweiten Zentrumsbahnen unterschiedliche Durchmesser aufweisen,
- - der Durchmesser der zweiten Zentrumsbahn größer ist, als der Durchmesser der ersten inneren Wälzkörperlaufbahn an deren innerem Scheitelpunkt, und
- - die Durchmesser der zweiten und dritten Kugeln, der Axialabstand der zweiten und dritten Zentrumsbahnen und der zweite und der dritte Druckwinkel derart aufeinander abgestimmt sind, dass ein senkrecht zur Lagerachse gemessener Abstand des Schnittpunkts der zweiten und dritten Druckwinkelschenkel von einem den zweiten Bahnraum von außen tangierenden, zur Lagerachse koaxialen Bezugszylinder, kleiner ist, als der Durchmesser der ersten Kugeln.
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Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, ein dreireihiges Schrägkugellager zu schaffen, das sich durch ein hohes axiales und radiales Tragvermögen auszeichnet und unter vermindertem Materialbedarf herstellbar ist. Zudem kann über dieses Schrägkugellager ein gefordertes Tragvermögen unter insgesamt vermindertem axialen und radialen Bauraumbedarf realisiert werden. Durch das erfindungsgemäße Konzept ergibt sich in vorteilhafter Weise auch eine höhere axiale Steifigkeit des Lagers.
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Unter dem Begriff „Druckwinkel“ ist im Kontext der vorliegenden Beschreibung ein spitzer Winkel zu verstehen, der sich in einer die Lagerachse enthaltenden Axialschnittebene zwischen der Lagerachse und einer Kontaktlinie erstreckt. Die Kontaktlinie erstreckt sich dabei durch den Schnittpunkt der Kugelzentrumsbahn mit jener Axialschnittebene und repräsentiert die Wirkungslinie der über diesen Schnittpunkt in dieser Ebene über eine Kugel geführten Kraft oder Kräftesystems. Die Kontaktlinie ist eine in der genannten Axialschnittebene liegende Mantellinie eines Stützkegels dessen Mantelfläche die entsprechende Kugelzentrumsbahn trägt und dessen innerer Scheitelwinkel dem zweifachen Druckwinkel entspricht. Diese in der Axialschnittebene des Lagers liegende Kontaktlinie wird nachfolgend auch als Druckwinkelschenkel bezeichnet, wobei mit dem Begriff Druckwinkel jener Winkel bezeichnet wird, der sich zwischen dem Druckwinkelschenkel und der Lagerachse erstreckt. Unter dem Begriff Bahnraum ist im Kontext der vorliegenden Beschreibung ein zur Lagerachse konzentrischer Torus zu verstehen, der von den entsprechenden Kugeln durchlaufen wird und somit einen dem Kugelquerschnitt entsprechenden Querschnitt aufweist dessen Zentrum mit dem Zentrum der entsprechenden Zentrumsbahn übereinkommt.
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Das erfindungsgemäße Schrägkugellager kann unter Heranziehung der oben angegebenen Begriffe gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung so gestaltet werden, dass der Schnittpunkt der zweiten und dritten Druckwinkelschenkel nochmals näher an den Bahnraum der Kugeln des zweiten und dritten Kugelkranzes heranrückt, und zwar derart, dass dieser Schnittpunkt sowohl vom zweiten, als auch vom dritten Bahnraum in radialer Richtung um ein Maß beabstandet ist, das kleiner ist als der Durchmesser der zweiten Kugeln. Hierdurch ergibt sich eine nochmals höhere Kompaktheit und axiale Steifigkeit des Lagers.
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Das erfindungsgemäße Schrägkugellager ist vorzugsweise derart gestaltet, dass der erste und der zweite Druckwinkel gleich groß und zudem gleich orientiert sind. Dies bedeutet, dass die Kontaktlinien, d.h. die Druckwinkelschenkel des ersten und des zweiten Kugelkranzes zueinander parallel ausgerichtet sind. Insbesondere in Kombination mit diesem Auslegungsansatz sind dann vorzugsweise auch der zweite und der dritte Druckwinkel gleich groß dimensioniert, wobei jedoch der dritte Druckwinkel bezüglich des zweiten Druckwinkels entgegen gesetzt orientiert ist.
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Gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Lager derart aufgebaut, dass der Durchmesser der ersten Kugeln größer ist als der Durchmesser der zweiten Kugeln. Die zweiten und dritten Kugeln sind jedoch vorzugsweise hinsichtlich ihrer Durchmesser baugleich ausgeführt. Auch der Bestückungsgrad des zweiten und des dritten Kugelkranzes wird vorzugsweise identisch festgelegt und es werden für den zweiten und den dritten Kugelkranz vorzugsweise baugleiche und hinsichtlich der Lage der Käfigborde gegenüber den Kugeln gleich orientierte Käfige verwendet. Dies bedeutet, dass die dritte Käfigeinrichtung einen Käfigbord aufweist, der sich auf einer dem zweiten Kugelkranz (mittiger Kugelkranz) abgewandten Seite erstreckt. Die zweite und die dritte Käfigeinrichtung sind wie oben erwähnt vorzugsweise baugleich ausgeführt und in dieser baugleichen Ausführung derart abgestimmt, dass diese weder miteinander noch mit den Lagerringen in Kontakt treten können.
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Die eingangs angegebene Aufgabe wird gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung auch gelöst durch ein Schrägkugellager, mit:
- - einem ersten Lagerinnenring,
- - einer in einem Außenumfangsbereich des ersten Lagerinnenringes ausgebildeten ersten inneren Wälzkörperlaufbahn, die im Axialschnitt konkav gekrümmt ist,
- - einer zur ersten inneren Wälzkörperlaufbahn axial versetzt im Außenumfangsbereich des ersten Lagerinnenringes ausgebildeten zweiten inneren Wälzkörperlaufbahn, die im Axialschnitt ebenfalls konkav gekrümmt ist,
- - einem zweiten Lagerinnenring,
- - einer in einem Außenumfangsbereich des zweiten Lagerinnenringes ausgebildeten dritten inneren Wälzkörperlaufbahn, die im Axialschnitt konkav gekrümmt ist,
- - einem Lageraußenring, mit einer ersten Außenringstirnfläche, einer zweiten Außenringstirnfläche, und einer Außenringsitzfläche, sowie einer in einem Innenumfangsbereich des Lageraußenringes ausgebildeten ersten, zweiten und dritten äußeren Wälzkörperlaufbahn, die im Axialschnitt jeweils konkav gekrümmt ist,
- - einem ersten Kugelkranz mit ersten Kugeln, die in einer ersten Richtung unter einem ersten Druckwinkel radial und axial tragen und die in einer ersten Käfigeinrichtung in einem ersten Bahnraum aufgenommen sind, der sich zwischen der ersten inneren Wälzkörperlaufbahn und der ersten äußeren Wälzkörperlaufbahn erstreckt,
- - einem zweiten Kugelkranz mit zweiten Kugeln, die ebenfalls in der ersten Druckrichtung unter einem zweiten Druckwinkel radial und axial tragen und die in einer zweiten Käfigeinrichtung in einem zweiten Bahnraum aufgenommen sind, der sich zwischen der zweiten inneren Wälzkörperlaufbahn und der zweiten äußeren Wälzkörperlaufbahn erstreckt,
- - einem dritten Kugelkranz mit dritten Kugeln, die in einer der ersten Druckrichtung entgegen gesetzten zweiten Druckrichtung unter einem dritten Druckwinkel axial und radial tragen und in einer dritten Käfigeinrichtung in einem dritten Bahnraum aufgenommen sind, der sich zwischen der dritten inneren Wälzkörperlaufbahn und der dritten äußeren Wälzkörperlaufbahn erstreckt,
wobei
- - die Zentren der ersten Kugeln auf einer ersten Zentrumsbahn, die Zentren der zweiten Kugeln auf einer zweiten Zentrumsbahn, und die Zentren der dritten Kugeln auf einer dritten Zentrumsbahn um die Lagerachse umlaufen,
- - die erste und zweite Zentrumsbahn unterschiedliche Durchmesser aufweisen, und
- - der in Axialrichtung gemessene Abstand zwischen dem zweiten und dem dritten Bahnraum kleiner oder gleich dem halben Durchmesser der zweiten Kugeln ist.
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Diese Bauform wird vorzugsweise unter Heranziehung der oben beschriebenen Kontaktwinkelkonzepte realisiert, wobei die Druckwinkel des zweiten und dritten Kugelkranzes wiederum entgegengesetzt orientiert sind, jedoch auch deutlich unterschiedlich große Werte annehmen können.
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Vorzugsweise werden sowohl die zweite Käfigeinrichtung als auch die dritte Käfigeinrichtung jeweils als einseitig offene Käfige ausgeführt, so dass diese jeweils einen durchgängigen Käfigbord aufweisen, wobei die dritte Käfigeinrichtung derart an die dritten Kugeln angesetzt ist, dass sich der Käfigbord auf einer den zweiten Kugeln abgewandten Seite des dritten Kugelkranzes erstreckt und der Bahnraum der Kugeln des dritten Kugelkranzes sich in enger Nachbarschaft mit jenem Käfigbord des Käfigs des zweiten Kugelkranzes befindet. Der Käfigbord des Käfigs des dritten Kugelkranzes befindet sich damit auf der Seite der Spitze des Druckwinkelkegels des dritten Kugelkranzes. Der Käfigbord des Käfigs des zweiten Kugelkranzes befindet sich auf einer der Spitze des zweiten Druckwinkelkegels abgewandten Seite des zweiten Kugelkranzes.
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Bei dem erfindungsgemäßen Schrägkugellager können die erste und zweite Käfigeinrichtung bei einer Relativdrehung des ersten Lagerinnenringes gegenüber dem Lageraußenring erforderlichenfalls voneinander abweichende Winkelgeschwindigkeiten einnehmen. Weiterhin ist der Abstand der ersten Zentrumsbahn von der Außenringsitzfläche des Lageraußenringes kleiner als der Abstand der ersten Zentrumsbahn von der Innenringsitzfläche des ersten Lagerinnenringes.
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Der in Richtung der Lagerachse gemessene Axialabstand der durch die ersten und zweiten Zentrumsbahnen definierten Radialebenen ist weiterhin vorzugsweise kleiner, als der 1,1-fache Durchmesser der ersten Kugeln oder gleich diesem Durchmesser der ersten Kugeln.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Schrägkugellager weiterhin vorzugsweise derart gestaltet, dass der Durchmesser der ersten Zentrumsbahn der ersten Kugeln größer ist als der Durchmesser der zweiten Zentrumsbahn der zweiten Kugeln. Bei dieser Auslegung werden dann die Kugeln vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Kugeln unterschiedliche Durchmesser haben. Die Durchmesser der zweiten Kugeln sind dabei vorzugsweise kleiner als die Durchmesser der ersten Kugeln. Der Durchmesser der kleineren Kugeln liegt dabei vorzugsweise im Bereich des 0,75- bis 0,95-fachen Durchmessers der großen Kugeln. Wie eingangs bereits ausgeführt ist auch hier das Lager vorzugsweise derart gestaltet, dass der Durchmesser der zweiten Zentrumsbahn größer ist, als der Durchmesser der ersten inneren Wälzkörperlaufbahn an deren innerem Scheitelpunkt.
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Das erfindungsgemäße Schrägkugellager ist gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung vorzugsweise derart gestaltet, dass der kleinste Bahnradius (Innenscheitelradius) der zweiten inneren Wälzkörperlaufbahn kleiner ist, als der kleinste Bahnradius (Innenscheitelradius) der ersten inneren Wälzkörperlaufbahn. Weiterhin ist vorzugsweise der kleinste Bahnradius der ersten inneren Wälzkörperlaufbahn kleiner als der Radius der zweiten Zentrumsbahn der zweiten Kugeln.
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Der axiale Abstand der ersten und zweiten Kugeln kann weiterhin auch so abgestimmt werden, dass dieser kleiner ist als das arithmetische Mittel eines kleinen und eines großen Kugeldurchmessers. Der Abstand kann auch kleiner sein als der Durchmesser der kleineren Kugeln. Dieses Konzept eignet sich insbesondere für Lagerbauformen bei welchen die Durchmesserdifferenz der Kugeln relativ klein ist.
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Die ersten und zweiten Wälzkörperlaufbahnen werden vorzugsweise so ausgeführt, dass der Abstand eines Schnittpunkts einer Lotgeraden mit der Lagerachse von einer benachbarten Stirnebene des Lagerinnenringes kleiner ist, als der Durchmesser der ersten Kugeln, wobei diese Lotgerade eine Gerade ist, die in einem Lageraxialschnitt die Strecke zwischen den ersten und zweiten Kugelzentren mittig teilt und auf dieser Strecke senkrecht steht. Dieser Schnittpunkt der Lotgeraden mit der Lagerachse liegt gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung vorzugsweise noch axial innerhalb des Lagers, d.h. in dem axialen Zwischenbereich der sich zwischen den äußeren Stirnseiten des ersten und des zweiten Lagerinnenringes erstreckt.
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Die Kugeln des ersten Satzes werden vorzugsweise in einer ersten Käfigeinrichtung geführt. Diese Käfigeinrichtung kann in vorteilhafter Weise als Taschen- oder Schnappkäfig ausgeführt sein, welcher einen durchgängigen Ringsteg aufweist, der sich auf einer den zweiten Kugeln des zweiten Kugelkranzes abgewandten Seite des Schrägkugellagers erstreckt. Die Kugeln des zweiten Satzes werden in einer zweiten Käfigeinrichtung geführt. Diese Käfigeinrichtung kann wiederum in vorteilhafter Weise als Taschen- oder Schnappkäfig ausgeführt sein, welcher einseitig einen durchgängigen Ringsteg aufweist, der sich auf einer den Kugeln des ersten Satzes abgewandten Seite des Schrägkugellagers erstreckt. Wenigstens einer der Käfige, oder alle Käfige können auch als Taschenkäfige ausgeführt sein, die radial von innen her mit den Kugeln bestückt werden und dann ggf. unter temporärer elastischer Weitung gemeinsam mit ihrer Kugelpackung auf den jeweiligen Lagerinnenring aufgesetzt werden.
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Der erste Käfig und die in diesem geführten ersten Kugeln können bis zum Abschluss der Lagermontage durch den zweiten Käfig und die darin geführten Kugeln auf dem ersten Lagerinnenring gehalten werden, bis der Lageraußenring auf den beiden Kugelkränzen sitzt. Dieses Konzept kann in besonders vorteilhafter Weise realisiert werden, indem zumindest an der zweiten Laufbahn eine leichte Schulter ausgebildet ist, die bewirkt, dass die zweiten Kugeln bei Aufschieben kurz radial ausfedern und nur noch bei radialer Weitung des zweiten Käfigs axial vom ersten Lagerinnenring wieder abgezogen werden können. Gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird auch an der ersten Laufbahn eine leichte Schulter ausgebildet, welche ein axiales Abwandern der Kugel des ersten Kugelkranzes verhindert, insbesondere unter der vorübergehenden radialen Haltewirkung des ersten Käfigs und dann nach Zusammenbau des Lagers auch unter Wirkung des Lageraußenringes. Diese zentrale Schulter zwischen der ersten inneren Wälzkörperlaufbahn und der zweiten inneren Wälzkörperlaufbahn des ersten Lagerinnenringes ermöglicht es, die Bahnräume der Kugeln der ersten und zweiten Kugelkränze axial engst benachbart zu realisieren, da die Kugeln des zweiten Kugelkranzes aufgrund der axial mittigen, zentralen Schulter auch dann an einer Kollision mit den Kugeln des ersten Kugelkranzes gehindert sind, wenn z.B. aufgrund temporär fehlender axialer Lagervorspannung der erste Lagerinnenring axial entlastet wird und gegenüber dem Lageraußenring entgegen der Stützrichtung des Lagers wandert.
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Die zweite innere Wälzkörperlaufbahn ist vorzugsweise so gestaltet, dass diese im Axialschnitt ein Rinnenprofil bildet. Dieses Rinnenprofil erfasst dann einen Bereich mit einem minimalen Laufbahndurchmesser, sowie im Axialschnitt von beiden Seiten an diesen Bereich heranragende Laufbahnzonen mit größerem Laufbahndurchmesser. Die zweiten Kugeln des zweiten Kugelkranzes sind damit axial in der zweiten inneren Wälzkörperlaufbahn-Rinne geführt. Eine entsprechende, ggf. nochmals abgeschwächte rinnenartige Gestaltung kann in vorteilhafter Weise auch bei der ersten inneren Wälzkörperlaufbahn, sowie an der dritten inneren Wälzkörperlaufbahn vorgenommen werden.
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Wie oben ausgeführt ist das erfindungsgemäße dreireihige Schrägkugellager vorzugsweise derart gestaltet, dass der axiale Abstand zwischen den Kugelbahnzentren der ersten und zweiten Reihen im Bereich (+/- 15%) des größten verbauten Wälzkörperdurchmessers liegt. Der erste Lagerinnenring und der Lageraußenring können so gestaltet werden, dass Verhältnisse des Lageraußendurchmessers zum Lagerinnendurchmesser erreicht werden können, die kleiner sind als 2,26, insbesondere kleiner oder gleich 2,02 sind. Weiterhin kann das erfindungsgemäße Lager mit einem Verhältnis der Lageraxialgesamtlänge zur Lagerhöhe (0,5 × Da-Di) realisiert werden, das kleiner ist als 2,4 insbesondere kleiner oder gleich 2,23.
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Die Kugeln werden vorzugsweise in einseitig offenen N-Profil Käfigen geführt, wobei diese Käfige wiederum vorzugsweise derart verbaut werden, dass bezüglich des ersten und des zweiten Kugelkranzes die offenen Seiten dieser Käfige einander zugewandt sind, d.h. zum axial innen liegenden Bereich des auf dem ersten Lagerinnenring sitzenden Lagerteils weisen. Die offene Seite des Käfigs des dritten Kugelkranzes jedoch weist zum Käfigbord des Käfigs des zweiten Kugelkranzes hin.
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Das Verhältnis der Maulweite der Käfige zum Nenndurchmesser der dem jeweiligen Käfig zugeordneten Kugel liegt vorzugsweise im Bereich des 0,6 - 0,8-fachen Kugeldurchmessers, vorzugsweise im Bereich des 0,6 bis 0,68-fachen. Im Vergleich zu geschlossenen N-Profil Käfigen wird hiermit, weniger axialer Bauraum benötigt, weil wie bei sog. Schnappkäfigen der innere Steg entfällt. Bei jenen Schnappkäfigen ist die Maulweite üblicherweise so groß, dass auch die letzte Kugel beim Befüllen des Kranzes aus axialer Richtung eingeschnappt werden kann, und deshalb weniger Kugeln pro Reihe eingesetzt werden und z.B. bei einer für diese Lager typischen Einschwenkmontage auch leichter verloren werden können. Die Taschen der erfindungsgemäß vorzugsweise eingesetzten N-Profilkäfige sind dann vorzugsweise so ausgelegt, dass Wälzkörper nur von einer Richtung montiert werden können (von radial von innen bzw. radial von außen), weil die Maulweite vorzugsweise gering ist. Durch die N-Profil-typische Wälzkörperhalterung wird einem Verlust der Wälzkörper im montierten Zustand vorgebeugt.
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Weiterhin liegt vorzugsweise die radiale Höhe H des Scheitelpunkts der größeren äußeren Kugellaufbahn des Außenrings über dem Scheitelpunkt der kleineren äußeren Kugellaufbahn um ein Maß das gleich oder größer ist als der 0,20-fache Wert des großen Kugeldurchmessers und ist zudem kleiner als der 0,40-fache Wert des Nenndurchmessers der großen Kugeln des ersten Kugelkranzes.
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Durch das erfindungsgemäße Konzept ergeben sich hinsichtlich des Lagergewichts und der Lagerbaugröße gegenüber dem Stand der Technik erhebliche Verbesserungen. Das erfindungsgemäße Lager zeichnet sich damit insbesondere auch durch eine erhöhte Leistungsdichte aus. Durch das erfindungsgemäße Konzept ergibt sich weiterhin eine verbesserte Verteilung der über die erste und die zweite Lagerreihe abgetragenen Last und eine weitgehende Annäherung der Lebensdauern dieser beiden Lagerreihen.
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Aufgrund der erhöhten Leistungsdichte ist eine Kosteneinsparung durch Reduktion des Materialbedarfs realisierbar. Auch die Fertigung des Lagers kann unter verringerten Prozesskosten bewerkstelligt werden, da die zu bearbeitenden Oberflächen kleiner werden und Komponentengewichte reduziert werden.
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Das erfindungsgemäße Lager zeichnet sich durch eine erhöhte Leistungsdichte aus. Es verfügt vorzugsweise über eine neue Käfigbauform. Es ermöglicht eine Gewichts und Materialeinsparung ohne Reduktion der Lager-Performance (d.h. ohne Lebensdauer u. Funktionssicherheitseinbußen).
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Durch das erfindungsgemäße Konzept wird der Abstand der die Kugelzentren des ersten und des dritten Kugelkranzes enthaltenden Radialebenen reduziert, so dass dieser Werte annehmen kann die kleiner sind als der 2,5-fache Durchmesser der größten im Lager verbauten Wälzkörper.
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Das erfindungsgemäße Lager kann wie oben bereits angesprochen mit einem Schulterdesign realisiert werden, bei welchem jede Laufbahn der beiden Lagerinnenringe als Rinne ausgebildet ist.
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Vorzugsweise sind die Kugeln aller Kugelkranzreihen in jeweils einseitig offenen Käfigen geführt. An dem erfindungsgemäßen Lager kann in vorteilhafter Weise an den Lagerinnenringen eine Kugelkranzhaltefunktion realisiert werden. Bei Einsatz eines vier Schulter-Designs am ersten Lagerinnenring kann eine Kugelkranzhaltefunktion für die erste und die zweite Kugelreihe erreicht werden.
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Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Käfiggestaltung stellt eine hohe Kugeldichte und eine leichte Montierbarkeit mit guter Kugelkranzhaltefunktion an den Innenringen sicher. Die Käfigbauform kann als Käfigbauform mit Außenhalterung realisiert werden, wobei die Außenhalterung hierbei vorzugsweise auf die Laufbahnüberhöhung der Innenringe abgestimmt wird.
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Der für die jeweilige Wälzkörperreihe eingesetzte Käfig wird vorzugsweise so gestaltet, dass dessen Käfigbord eine stirnseitige Fläche bereitstellt, deren Abmessungen so abgestimmt sind, dass ein reduzierter, jedoch noch hinreichender Öldurchfluss durch das Lager erreicht wird, so dass Öl-Planschverluste am Lager reduziert werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die Druckwinkel der ersten und der zweiten Lagerreihe so abgestimmt, dass diese im wesentlichen gleich sind. Diese Druckwinkel können auch unterschiedlich sein, sie liegen gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung vorzugsweise im Bereich 40° bis 65°, insbesondere bei 60°.
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Bei dem erfindungsgemäßen Lager sind wie oben ausgeführt vorzugsweise die Teilkreis-Durchmesser (Durchmesser jener Kreisbahnen auf welchen sich die Zentren der Kugeln bewegen) der ersten und der zweiten Kugelreihe bewegen unterschiedlich. Der Teilkreisdurchmesser des dritten Kugelkranzes entspricht vorzugsweise exakt dem Teilkreisdurchmesser des zweiten Kugelkranzes. Die Kugeldurchmesser der Kugeln des ersten und des zweiten Kugelkranzes sind vorzugsweise unterschiedlich, wobei im Falle unterschiedlicher Kugeldurchmesser vorzugsweise die Kugeln mit kleinerem Durchmesser auch bei der Kugelreihe mit kleinerem Durchmesser der Kugelzentrumsbahn eingesetzt werden. Die Kugeldurchmesser der Kugeln des zweiten und des dritten Kugelkranzes sind vorzugsweise gleich und die Laufbahngeometrien sind vorzugsweise spiegelsymmetrisch zu einer mittig zwischen der zweiten und der dritten Kugelzentrumsbahn liegenden Radialebene.
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Die Kugelzahl wird vorzugsweise derart abgestimmt, dass eine maximale Kugelbestückung je Lagerreihe erreicht wird, nach dem Ansatz: ((TK-DM *Pi)/(WK-DM+1,3)); wobei das Ergebnis hier auf eine ganze Zahl abgerundet wird, TK-DM = Teilkreisdurchmesser, Pi = 3,14159; WK-DM = Wälzkörperdurchmesser, (Zahlenwertgleichung, alle Maßangaben in mm).
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Gemäß einem weiteren besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die axialen Ringstirnflächen der Lagerringe so gestaltet, dass diese Absatz-Zonen aufweisen, zur Sicherstellung kleinerer aber genauerer Anschlussfläche für Anbau-Elemente. (Hierdurch ergibt sich auch eine Verminderung des Schleifaufwands beim Seitenschleifen)
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Das erfindungsgemäße Lager kann gemäß einem weiteren besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung so ausgeführt sein, dass der Außenring frei demontierbar ist und ohne jegliche Fixierung die drei Kugelreihen übergreift. Am ersten Lagerinnenring ist dabei vorzugsweise ein 4S-Design realisiert, d.h. die Kugeln der ersten und zweiten Kugelkränze laufen in Rinnen des ersten Lagerinnenringes. Am zweiten Lagerinnenring ist vorzugsweise ein sog. 2S-Design realisiert. Die Käfige sind hierbei vorzugsweise so ausgeführt, dass diese die Kugeln radial auf den Rinnen der Lagerinnenringe halten.
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Das erfindungsgemäße Lager eignet sich insbesondere für die Realisierung sog. angestellter Wellenlagerungen welche eine möglichst reibungsarme und steife Lagerung einer Wellenstruktur ermöglichen sollen. Das erfindungsgemäße Lager kann insbesondere in Pkw-Achsgetrieben, in FQ-Getrieben als Differential-Lagerung, als Radlager sowie bei Winkelgetrieben zur Ritzel- und Tellerradlagerung eingesetzt werden. Es ist auch als Substitutionslager für Lagerstellen geeignet, an welchen bislang Kegelrollenlager eingesetzt werden. Ein weiteres großes Einsatzgebiet für das erfindungsgemäße Lager liegt in industriellen Anwendungen. Es eignet sich auch für Kardanwellen im Zweiradbereich, als Lager für Landmaschinen, Pumpen, Kompressoren und Off-Highway Fahrzeuge.
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Bei dem erfindungsgemäßen Lager handelt es sich um ein dreireihiges Schrägkugellager. Das neue, erfindungsgemäße dreireihige Schrägkugellager weist eine kleine axiale Bautiefe, und eine kleine radiale Bauhöhe auf und benötigt bei vergleichbarer Tragfähigkeit weniger Bauraum als konventionelle dreireihige Schrägkugellager.
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Die axiale Baulängenverkleinerung im Vergleich zu konventionellen Bauformen wird insbesondere unter Verwendung von zwei neuartigen Kunststoffkäfigen realisiert, die es ermöglichen die zweite und die dritte Kugelreihe des Lager in der beschriebenen Weise eng zusammenzurücken, insbesondere auf ein Maß bei welchem der in Richtung einer Lagerachse des Lagers gemessene axiale Abstand der Kugelzentren kleiner ist als der 1,5-fache Durchmesser der kleinsten verbauten Kugel.
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Durch die neue, an allen drei Kugelkränzen eingesetzte Käfigbauform jeweils ohne den 2-ten Käfigbord und die spezielle Orientierung und Einbaulage der Käfige, können die ersten, zweiten und dritten Kugelreihen auf minimalen Abstand zueinander angeordnet werden. Dadurch kann das gesamte Lager axial schmaler bauen.
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Durch das Zusammenrücken der ersten, zweiten und dritten Lagerreihen ergeben sich positive Nebeneffekte. So verteilt das Lager besser die abzustützenden Lasten auf die Kugelreihen, durch die bessere und gleichmäßigere Lagerreihen-Lastverteilung bei dem erfindungsgemäßen Lager bietet das erfindungsgemäße Lager im Vergleich zu bisherigen Bauformen bessere Lebensdauern und kann infolge dessen wiederum „downgesized“ werden. Durch das Downsizing (weniger Wälzkörper, kleiner Teilkreisdurchmesser) wird auch das Lagerreibmoment reduziert. Durch die axial kürzere Bauweise wird Lagerring-Material eingespart und die Lagerkosten werden reduziert.
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Das Lager wird wie ausgeführt bevorzugt so gestaltet, dass der axiale Abstand zwischen den Kugelzentren der zweiten und dritten Wälzkörperreihe kleiner ist, als das 1,5-fache Maß des größten im Lager verbauten Wälzkörperdurchmessers. Der axiale Abstand der Kugelzentren des ersten und des zweiten Kugelkranzes ist vorzugsweise allenfalls geringfügig (bis zu 15%) größer als der größte verbaute Wälzkörperdurchmesser.
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Im erfindungsgemäßen Lager werden vorzugsweise offene N-Profil Käfige verwendet, die im Unterschied zu den üblichen N-Profil Käfigen axialen Bauraum einsparen und im Unterschied zu den üblichen Schnappkäfigen höhere Bestückungskapazitäten ermöglichen. Die Taschen der N-Profilkäfige sind so ausgelegt, dass Wälzkörper nur von einer Richtung montiert werden können (von Innen bzw. von Außen). Durch die N-Profil-typische Wälzkörperhalterung wird einem Verlust der Wälzkörper im montierten Zustand (d.h. beide Kugelkränze mit individuellem, einzelnem Käfig) vorgebeugt
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die eingangs angegebene Aufgabe erfindungsgemäß auch gelöst durch ein Schrägkugellager, mit:
- - einem ersten Lagerinnenring,
- - einer in einem Außenumfangsbereich des ersten Lagerinnenringes ausgebildeten ersten inneren Wälzkörperlaufbahn, die im Axialschnitt konkav gekrümmt ist,
- - einer zur ersten inneren Wälzkörperlaufbahn axial versetzt im Außenumfangsbereich des ersten Lagerinnenringes ausgebildeten zweiten inneren Wälzkörperlaufbahn, die im Axialschnitt ebenfalls konkav gekrümmt ist,
- - einem zweiten Lagerinnenring, der sich axial an den ersten Lagerinnenring anschließt,
- - einer in einem Außenumfangsbereich des zweiten Lagerinnenringes ausgebildeten dritten inneren Wälzkörperlaufbahn, die im Axialschnitt konkav gekrümmt ist,
- - einem Lageraußenring, mit einer ersten Außenringstirnfläche, einer zweiten Außenringstirnfläche, und einer Außenringsitzfläche, sowie einer in einem Innenumfangsbereich des Lageraußenringes ausgebildeten ersten, zweiten und dritten äußeren Wälzkörperlaufbahn, die im Axialschnitt jeweils konkav gekrümmt ist,
- - einem ersten Kugelkranz mit ersten Kugeln, die in einer ersten Richtung unter einem ersten Druckwinkel radial und axial tragen und die in einer ersten Käfigeinrichtung in einem ersten Bahnraum aufgenommen sind, der sich zwischen der ersten inneren Wälzkörperlaufbahn und der ersten äußeren Wälzkörperlaufbahn erstreckt,
- - einem zweiten Kugelkranz mit zweiten Kugeln, die ebenfalls in der ersten Druckrichtung unter einem zweiten Druckwinkel radial und axial tragen und die in einer zweiten Käfigeinrichtung in einem zweiten Bahnraum aufgenommen sind, der sich zwischen der zweiten inneren Wälzkörperlaufbahn und der zweiten äußeren Wälzkörperlaufbahn erstreckt, und
- - einem dritten Kugelkranz mit dritten Kugeln, die in einer der ersten Druckrichtung entgegen gesetzten zweiten Druckrichtung unter einem dritten Druckwinkel axial und radial tragen und in einer dritten Käfigeinrichtung in einem dritten Bahnraum aufgenommen sind, der sich zwischen der dritten inneren Wälzkörperlaufbahn und der dritten äußeren Wälzkörperlaufbahn erstreckt,
wobei
- - die Zentren der ersten Kugeln auf einer ersten Zentrumsbahn, die Zentren der zweiten Kugeln auf einer zweiten Zentrumsbahn, und die Zentren der dritten Kugeln auf einer dritten Zentrumsbahn um die Lagerachse umlaufen,
- - die ersten und zweiten Zentrumsbahnen unterschiedliche Durchmesser aufweisen,
- - die Durchmesser der zweiten und dritten Kugeln, der Axialabstand der zweiten und dritten Zentrumsbahnen und der zweite und der dritte Druckwinkel derart aufeinander abgestimmt sind, dass in einer die Lagerachse enthaltenden Axialschnittebene ein Schnittpunkt innerhalb des dritten Bahnraums liegt, wobei sich dieser Schnittpunkt aus einer die Kugelzentren der ersten und zweiten Kugelkränze durchsetzenden Bezugslinie und einer durch das Kugelzentrum des dritten Kugelkranzes verlaufenden Kontaktlinie (Druckwinkelschenkel) ergibt.
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Figurenliste
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
- 1 eine Axialschnittdarstellung zur Veranschaulichung und umfassenden Erläuterung des Aufbaues eines erfindungsgemäßen dreireihigen Schrägkugellagers;
- 2 eine Axialschnittdarstellung zur Erläuterung von Einzelheiten des Lagers nach 1 hinsichtlich des Verlaufs der Druckwinkelschenkel und der Lage eines durch diese definierten ersten Schnittpunktes;
- 3 eine Axialschnittdarstellung zur Erläuterung von Einzelheiten des Lagers nach 1 hinsichtlich der Lage eines durch den ersten und den dritten Druckwinkelschenkel definierten zweiten Schnittpunktes;
- 4 eine Axialschnittdarstellung zur Erläuterung von Einzelheiten des Lagers nach 1 hinsichtlich von Symmetrieeigenschaften des zweiten und des dritten Kugelkranzes;
- 5 eine Axialschnittdarstellung zur Erläuterung von Einzelheiten des Lagers nach 1 hinsichtlich der Einbindung von einseitig offenen Käfigen;
- 6 eine Axialschnittdarstellung zur Erläuterung von Einzelheiten des Lagers nach 1 hinsichtlich des Abstandes der zweiten und dritten Bahnräume;
- 7 eine Axialschnittdarstellung zur Erläuterung von Einzelheiten des Lagers nach 1 hinsichtlich des Abstandes der ersten und zweiten Bahnräume;
- 8 eine Axialschnittdarstellung zur Erläuterung von Einzelheiten des Lagers nach 1 hinsichtlich seiner Außenabmessungen;
- 9 eine Axialschnittdarstellung zur Erläuterung von Einzelheiten des Lagers nach 1 hinsichtlich der Lage eines vierten Schnittpunkts der sich aus einer im Axialschnitt das erste und das zweite Kugelzentrum erfassenden Verbindungslinie mit dem dritten Druckwinkelschenkel ergibt;
- 10a, 10b, 10c, 10d Darstellungen des zur Führung des zweiten und dritten Kugelkranzes eingesetzten Kunststoffkäfigs.
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Ausführliche Beschreibung der Figuren
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Die Darstellung nach 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen dreireihigen Schrägkugellagers in einer die Lagerachse X enthaltenden Axialschnittebene. Das erfindungsgemäße Schrägkugellager umfasst einen ersten Lagerinnenring IR1, mit einer in einem Außenumfangsbereich des ersten Lagerinnenringes IR1 ausgebildeten ersten inneren Wälzkörperlaufbahn R1a die im Axialschnitt konkav gekrümmt ist und einer zur ersten inneren Wälzkörperlaufbahn R1a axial versetzt im Außenumfangsbereich des ersten Lagerinnenringes IR1 ausgebildeten zweiten inneren Wälzkörperlaufbahn R1b, die im Axialschnitt ebenfalls konkav gekrümmt ist.
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Das Lager umfasst weiterhin einen zweiten Lagerinnenring IR2 mit einer einzigen, in einem Außenumfangsbereich des zweiten Lagerinnenringes IR2 ausgebildeten dritten inneren Wälzkörperlaufbahn R2a die im Axialschnitt wiederum konkav gekrümmt ist. Weiterhin umfasst das Lager einen Lageraußenring OR, mit einer ersten Außenringstirnfläche OR1, einer zweiten Außenringstirnfläche OR2, und einer Außenringsitzfläche OR3, sowie einer in einem Innenumfangsbereich des Lageraußenringes ausgebildeten ersten, zweiten und dritten äußeren Wälzkörperlaufbahn ORa, ORb, ORc, die im Axialschnitt jeweils konkav gekrümmt ist.
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In einem Zwischenbereich zwischen dem Lageraußenring OR und den beiden Lagerinnenringen IR1, IR2 sitzen drei Kugelkränze BK1, BK2, BK3. Der erste Kugelkranz BK1 umfasst erste Kugeln K1, die in einer ersten Richtung D1 unter einem ersten Druckwinkel W1 radial und axial tragen und die in einer ersten Käfigeinrichtung C1 in einem ersten Bahnraum RB1 aufgenommen sind, der sich zwischen der ersten inneren Wälzkörperlaufbahn R1a und der ersten äußeren Wälzkörperlaufbahn ORa erstreckt.
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Der zweite Kugelkranz BK2 umfasst zweite Kugeln K2, die ebenfalls in der ersten Druckrichtung D1 unter einem zweiten Druckwinkel W2 radial und axial tragen und die in einer zweiten Käfigeinrichtung C2 in einem zweiten Bahnraum RB2 aufgenommen sind, der sich zwischen der zweiten inneren Wälzkörperlaufbahn R1b und der zweiten äußeren Wälzkörperlaufbahn ORb erstreckt.
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Der dritte Kugelkranz BK3 umfasst dritte Kugeln K3, die in einer der ersten Druckrichtung D1 entgegen gesetzten zweiten Druckrichtung D2 unter einem dritten Druckwinkel W3 axial und radial tragen und in einer dritten Käfigeinrichtung C3 in einem dritten Bahnraum aufgenommen sind, der sich zwischen der dritten inneren Wälzkörperlaufbahn R2a und der dritten äußeren Wälzkörperlaufbahn ORc erstreckt.
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Die Zentren Z1 der ersten Kugeln K1 umlaufen die Lagerachse X auf einer ersten Zentrumsbahn RZ1. Die Zentren Z2 der zweiten Kugeln K2 umlaufen die Lagerachse X auf einer zweiten Zentrumsbahn RZ2. Die Zentren Z3 der dritten Kugeln K3 umlaufen die Lagerachse X auf einer dritten Zentrumsbahn RZ3. Die ersten und die zweiten Zentrumsbahnen RZ1, RZ2 weisen unterschiedliche Durchmesser auf.
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Das vorliegenden Lager zeichnet sich insbesondere durch eine besondere Gestaltung der Kugelkränze, BK1, BK2, BK3, der Lage und Gestaltung der Laufbahnen R1a, R1b, R2a, ORa, ORb, ORc, der Durchmesser der zweiten und dritten Kugeln K2, K3, sowie des Axialabstands der zweiten und dritten Zentrumsbahnen RZ2, RZ3 und des zweiten und des dritten Druckwinkels W2, W3 aus. Die jeweils für sich als eigenständige Erfindungskomplexe darstellenden Besonderheiten des erfindungsgemäßen dreireihigen Schrägkugellagers werden in Verbindung mit den nachfolgenden Figuren vertieft beschrieben.
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Der Durchmesser B2R (vgl. 7)der zweiten Zentrumsbahn RZ2 ist größer, als der Durchmesser DIB1 der ersten inneren Wälzkörperlaufbahn R1a an deren innerem Scheitelpunkt IB1.
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Der erste Kugelkranz BK1 und der zweite Kugelkranz BK2 bilden mit ihren parallelen Kontaktlinien in Verbindung mit dem dritten Kugelkranz BK3 und dessen gegensinnig angestellten Kontaktlinie ein Schrägkugellager das in einer sog. O-Anordnung, d.h. mit zueinander hin geneigten Kontaktlinien trägt.
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Wie aus der Darstellung nach 2 ersichtlich, ist das erfindungsgemäße dreireihige Schrägkugellager derart gestaltet, dass ein senkrecht zur Lagerachse gemessener Abstand d eines Schnittpunkts S1 der zweiten und dritten Druckwinkelschenkel SW2, SW3 von einem den zweiten Bahnraum RB2 von außen tangierenden, zur Lagerachse X koaxialen Bezugszylinder RC kleiner ist, als der Durchmesser D1 der ersten Kugeln K1.
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Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind die beiden Kugelkränze BK2, BK3 und jene diese führenden Laufbahnen R1b, R2a, ORb, ORc derart abgestimmt dass der Schnittpunkt S1 der Schenkel SW2, SW3 der zweiten und dritten Druckwinkel W2, W3 sowohl vom zweiten, als auch vom dritten Bahnraum RB2, RB3 in radialer Richtung um ein Maß d beabstandet ist, das innerhalb obiger Definition nochmals kleiner ist, als der Durchmesser D2 der zweiten Kugeln K2.
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Wie aus der Darstellung nach 3 ersichtlich, ist das erfindungsgemäße dreireihige Schrägkugellager weiterhin vorzugsweise derart gestaltet, der erste und der zweite Druckwinkel W1, W2 gleich groß und gleich orientiert sind. Zudem sind auch der zweite und der dritte Druckwinkel W2 und W3 gleich groß sind, jedoch entgegen gesetzt orientiert. Der Durchmesser D1 der ersten Kugeln K1 ist größer als der Durchmesser der zweiten Kugeln D2. Die zweiten und dritten Kugeln K2, K3 sind hinsichtlich ihrer Durchmesser D2, D3 baugleich ausgeführt. Der Schnittpunkt S2 des ersten Druckwinkelschenkels SW1 und des dritten Druckwinkelschenkels SW3 liegt auf oder nahe einer zur Lagerachse X senkrechten Radialebene R2 auf welcher die Zentren Z2 der Kugeln K2 des zweiten Kugelkranzes BK2 um die Lagerachse X umlaufen. Der in Richtung der Lagerachse X gemessene Abstand des Schnittpunktes S2 von der Radialebene R2 ist zumindest kleiner als der radiale Höhenunterschied DH der inneren Bahnscheitelpunkte IB1, IB2 der ersten inneren Laufbahn R1a und der zweiten inneren Laufbahn R1b.
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Wie aus der Darstellung nach 4 ersichtlich, sind die den zweiten und den dritten Kugelkranz BK2, BK3 kontaktierenden Abschnitte der Laufbahnen R1b, R2a, ORb, ORc zu einer sich mittig zwischen den Kugelzentrumsbahnen RZ2, RZ3 erstreckenden Radialebene R3 spiegelsymmetrisch gestaltet. Demnach liegt auch der Schnittpunkt S1 der Druckwinkelschenkel SW2, SW3 auf dieser Symmetrieebene R3
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Wie aus der Darstellung nach 5 ersichtlich, weist die dritte Käfigeinrichtung C3 einen Käfigbord C3a auf, und die Käfigeinrichtung C3 ist derart an den dritten Kugelkranz RB3 angesetzt, dass sich der Käfigbord C3a auf einer dem zweiten Kugelkranz RB2, d.h. dem mittigen Kugelkranz RB2 abgewandten Seite erstreckt.
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Die zweite und die dritte Käfigeinrichtung C2, C3 sind gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung baugleich ausgeführt und in dieser baugleichen Ausführung derart abgestimmt, dass diese Käfigeinrichtungen C2, C3 weder miteinander noch mit den Lagerringen IR1, IR2, OR in Kontakt treten. Beim Zusammenbau des Lagers können damit die in den jeweiligen Käfigen C2, C3 aufgenommenen Kugeln K1, K2 mit ihren Käfigen wahlweise auf den ersten oder den zweiten Lagerinnenring IR1, IR2 aufgesetzt werden, so dass eine Verwechselung dieser Kugelkränze und Käfige oder eine Vertauschung der Kugeln K2, K3 unproblematisch ist. Aufgrund der baugleichen Ausführung der Käfige C2, C3 ergibt sich bei diesem Lager in vorteilhafter Weise eine Erhöhung des Gleichteilgrades. Die Käfige C2, C3 sind als einseitig offene Käfige ausgeführt und so gestaltet, dass diese bei hinreichender Taschenstegbreite einen maximalen Kugelbestückungsgrad ermöglichen. Die zweiten und dritten Laufbahnen ORb, ORc des Lageraußenringes OR bilden jeweils nur eine Schulter so dass die Kugelkränze RB2, RB3 auf den Lagerinnenringen IR1, IR2 von einander entgegen gesetzten Seiten her axial in den Lageraußenring OR eingeschoben werden können.
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Die Darstellung nach 6 zeigt ein erfindungsgemäßes Schrägkugellager wiederum in einer die Lagerachse X enthaltenden Axialschnittebene. Das erfindungsgemäße Schrägkugellager umfasst einen ersten Lagerinnenring IR1, mit einer in einem Außenumfangsbereich des ersten Lagerinnenringes IR1 ausgebildeten ersten inneren Wälzkörperlaufbahn R1a die im Axialschnitt konkav gekrümmt ist, und einer zur ersten inneren Wälzkörperlaufbahn R1a axial versetzt im Außenumfangsbereich des ersten Lagerinnenringes IR1 ausgebildeten zweiten inneren Wälzkörperlaufbahn R1b, die im Axialschnitt ebenfalls konkav gekrümmt ist. Das Lager umfasst weiterhin einen zweiten Lagerinnenring IR2 mit einer einzigen, in einem Außenumfangsbereich des zweiten Lagerinnenringes IR2 ausgebildeten dritten inneren Wälzkörperlaufbahn R2a die im Axialschnitt konkav gekrümmt ist. Weiterhin umfasst das Lager einen Lageraußenring OR, mit einer ersten Außenringstirnfläche OR1, einer zweiten Außenringstirnfläche OR2, und einer Außenringsitzfläche OR3, sowie einer in einem Innenumfangsbereich des Lageraußenringes ausgebildeten ersten, zweiten und dritten äußeren Wälzkörperlaufbahn ORa, ORb, ORc, die im Axialschnitt jeweils konkav gekrümmt ist.
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In einem Zwischenbereich zwischen dem Lageraußenring OR und den beiden Lagerinnenringen IR1, IR2 sitzen drei Kugelkränze BK1, BK2, BK3. Der erste Kugelkranz BK1 umfasst erste Kugeln K1, die in einer ersten Richtung D1 unter einem ersten Druckwinkel W1 radial und axial tragen und die in einer ersten Käfigeinrichtung C1 in einem ersten Bahnraum RB1 aufgenommen sind, der sich zwischen der ersten inneren Wälzkörperlaufbahn R1a und der ersten äußeren Wälzkörperlaufbahn ORa erstreckt.
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Der zweite Kugelkranz BK2 umfasst zweiten Kugeln K2, die ebenfalls in der ersten Druckrichtung D1 unter einem zweiten Druckwinkel W2 radial und axial tragen und die in einer zweiten Käfigeinrichtung C2 in einem zweiten Bahnraum RB2 aufgenommen sind, der sich zwischen der zweiten inneren Wälzkörperlaufbahn R1b und der zweiten äußeren Wälzkörperlaufbahn ORb erstreckt.
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Der dritte Kugelkranz BK3 umfasst dritte Kugeln K3, die in einer der ersten Druckrichtung D1 entgegen gesetzten zweiten Druckrichtung D2 unter einem dritten Druckwinkel W3 axial und radial tragen und in einer dritten Käfigeinrichtung C3 in einem dritten Bahnraum aufgenommen sind, der sich zwischen der dritten inneren Wälzkörperlaufbahn R2a und der dritten äußeren Wälzkörperlaufbahn ORc erstreckt.
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Die Zentren Z1 der ersten Kugeln K1 umlaufen die Lagerachse X auf einer ersten Zentrumsbahn RZ1. Die Zentren Z2 der zweiten Kugeln K2 umlaufen die Lagerachse X auf einer zweiten Zentrumsbahn RZ2. Die Zentren Z3 der dritten Kugeln K3 umlaufen die Lagerachse X auf einer dritten Zentrumsbahn RZ3. Die ersten und die zweiten Zentrumsbahnen RZ1, RZ2 weisen unterschiedliche Durchmesser auf.
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Das erfindungsgemäße dreireihige Schrägkugellager ist derart gestaltet, dass der in Axialrichtung, d.h. in Richtung der Lagerachse X gemessene Abstand DD zwischen dem zweiten und dem dritten Bahnraum RB2, RB3 kleiner ist als der halbe Durchmesser D2 der zweiten Kugeln K2.
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Die zweite Käfigeinrichtung C2 und die dritte Käfigeinrichtung C3 sind jeweils als einseitig offene Käfige ausgeführt und weisen jeweils einen durchgängigen Käfigbord C2a, C3a auf, wobei die dritte Käfigeinrichtung C3 derart an die dritten Kugeln K3 angesetzt ist, dass sich der Käfigbord C3a auf einer den zweiten Kugeln K2 abgewandten Seite des dritten Kugelkranzes RB3 erstreckt. Ansonsten sind die beiden Käfige C2, C3 baugleich ausgeführt.
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Die erste und die zweite Käfigeinrichtung C1, C2 sind als separate Käfige C1, C2 gefertigt und können bei einer Relativdrehung des ersten Lagerinnenringes RI1 gegenüber dem Lageraußenring OR voneinander abweichende Winkelgeschwindigkeiten einnehmen. Die Bahnräume RB1, RB2 sind engst benachbart, jedoch überschneiden sich diese Bahnräume RB1, RB2 nicht, sondern überlappen sich allenfalls hinsichtlich der inneren axialen Endpositionen, ohne dass die Kugeln K1, K2 in den jeweils anderen Kugelbahnraum eintauchen.
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Der Abstand der zweiten Zentrumsbahn RZ2 von der Außenringsitzfläche OR3 des Lageraußenringes OR ist größer als der Abstand der zweiten Zentrumsbahn RZ2 von der Innenringsitzfläche SIR1 des ersten Lagerinnenringes RI.
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Wie aus der Darstellung nach 7 ersichtlich haben die Kugeln K1, K2 unterschiedliche Durchmesser D1, D2. Der in Richtung der Lagerachse X gemessene Abstand S der Zentrumsbahnen RZ1, RZ2 ist kleiner oder gleich dem 1,1-fachen Durchmesser D1 der größeren Kugeln K1. Das hier dargestellte erfindungsgemäße Lager ist zudem derart gestaltet, dass der Radius B1R der ersten Zentrumsbahn ZB1 der ersten Kugeln K1 größer ist als der Radius B2R der Zentrumsbahn ZB2 der zweiten Kugeln K2. Die Durchmesser BD2 der zweiten Kugeln K2 des zweiten Kugelkranzes RB2 sind kleiner als die Durchmesser D1 der ersten Kugeln K1 des ersten Kugelkranzes RB1. Der kleinste Bahnradius der ersten inneren Wälzkörperlaufbahn R1a ist größer als der kleinste Bahnradius der zweiten inneren Wälzkörperlaufbahn R1b. Zudem ist der kleinste Bahnradius der ersten inneren Wälzkörperlaufbahn R1a kleiner als der Radius B2R der zweiten Zentrumsbahn RZ2 der zweiten Kugeln K2. Der Radius B3R der dritten Zentrumsbahn RZ3 entspricht dem Radius B2R der zweiten Zentrumsbahn RZ2. Die zweiten und dritten Kugeln K2, K3 haben gleiche Durchmesser D2, D3.
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Die Darstellung nach 8 dient der Veranschaulichung und der Erläuterungen der Proportionen des Lagers, insbesondere der Beschreibung des Verhältnisses der Lagerbreite BB zur Lagerhöhe BH. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel liegt das Verhältnis der Lagerbreite BB zur Lagerhöhe BH im Bereich von 2,4 bis 3, insbesondere bei 2,23. Das Verhältnis des Innendurchmessers RID des zweiten Lagerinnenringes IR2 zur Lagergesamtbreite BB liegt im Bereich von 0,75 bis 0,95 insbesondere wie hier konkret gezeigt, bei 0,88.
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Der Radialabstand X1 der ersten Zentrumsbahn RZ1 der Zentren Z1 der ersten Kugeln K1 zur Außenumfangsfläche OR3 entspricht dem Radialabstand X3 der dritten Zentrumsbahn RZ3 von der Innenumfangsfläche R2c des zweiten Lagerinnenringes IR2 +/-15%.
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Die Kugelzahl ist vorzugsweise derart abgestimmt, dass eine maximale Kugelbestückung je Kugelkranz BK1, BK2, BK3 erreicht wird, nach dem Ansatz: ((TK-DM *Pi)/(WK-DM)); wobei das Ergebnis hier auf eine ganze Zahl abgerundet wird, TK-DM = Teilkreisdurchmesser (2 × Zentrumsbahnradius), Pi = 3,14159; WK-DM = Wälzkörperdurchmesser (D1, D2, D3). Für den Fall dass sich hierbei für den jeweiligen Käfig keine realisierbaren Trennstegstärken ergeben, wird der oben errechnete Zahlenwert um den Zahlenwert 1 reduziert.
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Die Darstellung nach 9 zeigt eine weitere an dem erfindungsgemäßen Lager vorzugsweise realisierte geometrische Besonderheit. So sind bei dem erfindungsgemäßen dreireihigen Schrägkugellager die Durchmesser D2, D3 der zweiten und dritten Kugeln K2, K3, der Axialabstand der ersten, zweiten und dritten Zentrumsbahnen RZ1, RZ2, RZ3 und der zweite und der dritte Druckwinkel W2, W3 derart aufeinander abgestimmt, dass in der hier gezeigten, die Lagerachse X enthaltenden Axialschnittebene ein Schnittpunkt S4 innerhalb des dritten Bahnraums RB3 liegt, wobei sich dieser Schnittpunkt S4 aus einer die Kugelzentren Z1, Z2 der ersten und zweiten Kugelkränze BK1, BK2 durchsetzenden Bezugslinie L1 und dem durch das Kugelzentrum Z3 des dritten Kugelkranzes RB3 verlaufenden Druckwinkelschenkel SW3 ergibt.
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Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen des dreireihigen Schrägkugellagers sitzt im Innenbereich der beiden Lagerinnenringe IR1, IR2 eine Sitzbuchse SB die eine zylindrische Innenumfangsfläche SBa bereitstellt und über ihre Außengestaltung die hier bei den beiden Lagerinnenringen IR1, IR2 vorgesehene Durchmesserdifferenz kompensiert.
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Die Darstellungen nach den 10a, 10b, 10c und 10d veranschaulichen den Aufbau der bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen zur Führung des zweiten (mittleren) und des dritten (auf dem einspurigen Innenring abrollenden) Kugelkranzes vorgesehenen Käfigs C2, C3. Dieser Käfig C2, C3 umfasst einen Käfigbord C3a sowie Stege C3b, wobei die Stege C3b derart gestaltet sind, dass diese einen möglichst hohen Kugelfüllungsgrad ermöglichen, d.h. möglichst wenig Raum in Umfangsrichtung beanspruchen. Ansonsten ähnelt der Käfig C3, C2 einem Schnappkäfig, wobei der Käfig C3, C2 jedoch zunächst radial von innen her mit Kugeln bestückt wird und in diesem bestückten Zustand auf den entsprechenden Lagerinnenring IR1, IR2 (vgl. 1) unter temporärer elastischer radialer Weitung aufgeschoben wird. Erfindungsgemäß ist der Käfig C3, C2 derart gestaltet, dass über diese ein Gleichteileprinzip umgesetzt wird und hierzu am Käfig C3, C2 an den in der Art von Schnappstegen gestalteten Stegen C3b eine nach außen weisende Fase CF1 ausgebildet ist. Durch diese Fase CF1 wird vermieden, dass der Käfig C3 mit der den dritten Kugelkranz axial stützenden Schulter der Laufbahn ORc des Außenrings OR in Kontakt tritt. An dem Käfig C3, C2 ist eine weitere Fase CF2 ausgebildet, die beim Einsatz des Käfigs am zweiten Kugelkranz BK2 einen vergrößerten Abstand zu der die zweite innere Laufbahn R1b bildenden Ringschulter des ersten Lagerinnenringes IR1 sicherstellt. Der Käfig C3, C2 passt damit sowohl für den dritten Kugelkranz BK3, als auch für den zweiten Kugelkranz BK2, wobei die baugleichen Käfige C3, C2 dann derart in das Lager eingebunden werden, dass der Käfigbord C2a sich im Zwischenbereich zwischen dem zweiten und dem dritten Kugelkranz BK2, BK3 erstreckt und der Käfigbord C3a des dritten Käfigs C3 sich auf der dem zweiten Kugelkranz BK2 abgewandten Seite des dritten Kugelkranzes BK3 erstreckt.
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Bei dem erfindungsgemäßen Lager sind die Kugeln des dritten Kugelkranzes axial derart nahe an den zweiten Kugelkranz herangerückt sind, dass der zum zweiten Käfig des zweiten Kugelkranzes verbleibende Axialabstand des dritten Kugelkranzes kleiner ist, als die in Axialrichtung gemessene Breite des Bords des dritten Käfigs. Der Käfig des zweiten Kugelkranzes und der Käfig des dritten Kugelkranzes sind baugleich ausgeführt und der Durchmesser der Innenumfangswandung der Borde dieser Käfige ist größer als der Außendurchmesser des zweiten Lagerinnenringes in seinem der dritten Laufbahn und dem Bord des dritten Käfigs benachbarten Bereich. Zudem ist der Außendurchmesser der Borde der zweiten und dritten baugleichen Käfige kleiner, als der Innendurchmesser des Lageraußenringes in seinem zwischen der zweiten und der dritten äußeren Laufbahn liegenden Bereich. An dem dritten Käfig ist auf der offenen Seite der Käfigtaschen eine die Stege des Käfigs stirnseitig begrenzende Fase CF1 ausgebildet, wobei diese Fase CF1 der axial stützenden Schulter der dritten äußern Laufbahn des Lageraußenringes unter Belassung eines Zwischenraumes zugewandt ist, und wobei sich diese Fase CF1 in dem Bahnraum des dritten Kugelkranzes auf ein Radiusniveau hinauf erstreckt, das größer ist, als der Radius der dritten äußeren Kugellaufbahn in ihrem dem zweiten Kugelkranz am engsten benachbarten Randbereich. Die Fase CF1 erstreckt sich also auf ein Radiusniveau das größer ist als der kleinste Bahndurchmesser der dritten Laufbahn des Lageraußenringes.
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Die Stege C3a, C2a sind derart gestaltet, dass diese einen in Axialrichtung des Kugelkranzes zwischen die Kugeln vordringenden Stegabschnitt, sowie sich über das Äquatorialniveau der Kugeln erhebende, innenseitig konkav sphärisch gewölbte Flügelabschnitte C3c, C3d aufweisen.
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An dem erfindungsgemäßen Lager sind mehrere Sondergestaltungen in Kombination verwirklicht, die jedoch auch als jeweils für sich eigenständige Erfindungskomplexe anzusehen sind. Diese Erfindungskomplexe können neben der hier erläuterten Gesamtkombination auch einzeln, oder in verschiedenen Unterkombinationen jeweils eigenständige Erfindungsgegenstände darstellen. Insbesondere die in Verbindung mit den 2 bis 10a..10d hervorgehoben angesprochenen Gestaltungsmaßnahmen stellen hierbei ausdrücklich auch eigenständig umsetzbare Erfindungskomplexe dar.
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Bezugszeichenliste
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- BK1
- Kugelkranz
- BK2
- Kugelkranz
- BK3
- Kugelkranz
- C1
- Käfig
- C2
- Käfig
- C3
- Käfig
- C2a
- Käfigbord
- C3a
- Käfigbord
- C3b
- Steg
- C3c
- Flügelabschnitt
- C3d
- Flügelabschnitt
- CF1
- Fase
- CF2
- Fase
- d
- Abstand
- D1
- Durchmesser erste Kugeln
- D2
- Durchmesser zweite Kugeln
- D3
- Durchmesser dritte Kugeln
- DH
- Höhenunterschied
- IR1
- Lagerinnenring
- IR2
- Lagerinnenring
- IB1
- Bahnscheitelpunkt
- IB2
- Bahnscheitelpunkt
- K1
- Kugeln
- K2
- Kugeln
- K3
- Kugeln
- L1
- Linie
- OR
- Lageraußenring
- OR1
- Außenringstirnfläche
- OR2
- Außenringstirnfläche
- OR3
- Außenringsitzfläche
- ORa
- Wälzkörperlaufbahn
- ORb
- Wälzkörperlaufbahn
- ORc
- Wälzkörperlaufbahn
- RB1
- Bahnraum
- RB2
- Bahnraum
- RB3
- Bahnraum
- R1a
- Wälzkörperlaufbahn
- R1b
- Wälzkörperlaufbahn
- R2
- Radialebene
- R3
- Radialebene
- R2a
- Wälzkörperlaufbahn
- R2c
- Innenfläche
- RZ1
- Zentrumsbahn
- RZ2
- Zentrumsbahn
- RZ3
- Zentrumsbahn
- S
- Abstand
- SB
- Sitzbuchse
- SBa
- Innenumfangsfläche
- S1
- Schnittpunkt
- S2
- Schnittpunkt
- S4
- Schnittpunkt
- SW1
- Druckwinkelschenkel
- SW2
- Druckwinkelschenkel
- SW3
- Druckwinkelschenkel
- W1
- Druckwinkel
- W2
- Druckwinkel
- W3
- Druckwinkel
- X
- Lagerachse
- X1
- Abstand
- Z1
- Zentrum
- Z2
- Zentrum
- Z3
- Zentrum
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012215280 A1 [0002]
