DE102018100411A1

DE102018100411A1 - Abgedichtetes Schräg-Tonnenrollenlager

Info

Publication number: DE102018100411A1
Application number: DE102018100411.7A
Authority: DE
Inventors: Ernst Masur; Steffen Breun; Jens Bauer; Ralf Klopf; Etienne Rueff
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2018-01-10
Filing date: 2018-01-10
Publication date: 2019-07-11

Abstract

Die Erfindung betrifft ein abgedichtetes Schräg-Tonnenrollenlager (2), umfassend einen äußeren Lagerring (6), einen inneren Lagerring (4) und eine Reihe von zwischen den beiden Lagerringen (4, 6) angeordneten Tonnenrollen (10) mit schräg zur Lagerlängsachse (12) ausgerichteten Drucklinien (14), wobei die radial innere Seite des äußeren Lagerrings (6) eine hohlkugelige, sich an die Kontur der Tonnenrollen (10) anschmiegende Außenringlaufbahn (18) aufweist und an der radial äußeren Seite des inneren Lagerrings (4) eine sich an die Kontur der Tonnenrollen (10) anschmiegende Innenringlaufbahn (16) ausgebildet ist, und wobei an den beiden axialen Endseiten des Schräg-Tonnenrollenlager (2) jeweils ein den Abstand zwischen den beiden Lagerringen (4, 6) überbrückender, am äußeren Lagerring (6) befestigter sowie am inneren Lagerring (4) mit zumindest einer elastischen Dichtlippe schleifend anliegender Dichtring (22, 24) angeordnet ist. Um die Radialkräfte aufnehmende Komponente einer auf das Lager wirkenden Axialkraft zu verringern, sind die Drucklinien (14) gegenüber der Lagerlängsachse (12) stärker als bisher üblich geneigt, beispielsweise mit einem Druckwinkel zwischen 45° und 60°. Da zugleich die eine Scherbewegung zwischen den Laufbahnen und den Tonnenrollen induzierende Kraft verringert wird, genügt eine weniger enge Schmiegung zwischen den Laufbahnen und den Tonnenrollen, beispielsweise von 125% bis 135% am äußeren Lagerring (6) sowie von 125% bis 135% am inneren Lagerring (4).

Description

Die Erfindung betrifft ein abgedichtetes Schräg-Tonnenrollenlager, umfassend einen äußeren Lagerring, einen inneren Lagerring und eine Reihe von zwischen den beiden Lagerringen angeordneten Tonnenrollen mit schräg zur Lagerlängsachse ausgerichteten Drucklinien, wobei die radial innere Seite des äußeren Lagerrings eine hohlkugelige, sich an die Kontur der Tonnenrollen anschmiegende Außenringlaufbahn aufweist und an der radial äußeren Seite des inneren Lagerrings eine sich an die Kontur der Tonnenrollen anschmiegende Innenringlaufbahn ausgebildet ist, und wobei an den beiden axialen Endseiten des Schräg-Tonnenrollenlager jeweils ein den Abstand zwischen den beiden Lagerringen überbrückender, am äußeren Lagerring befestigter sowie am inneren Lagerring mit zumindest einer elastischen Dichtlippe schleifend anliegender Dichtring angeordnet ist.
Tonnenrollenlager werden insbesondere dort eingesetzt, wo Fluchtungsfehler, Wellendurchbiegung und dergleichen kompensiert werden müssen. Tonnenrollenlager mit schräg zur Lagerlängsachse stehenden Drucklinien finden insbesondere dort Verwendung, wo darüber hinaus überwiegend Axialkräfte in einer einzigen Axialrichtung übertragen werden. Ein typisches Anwendungsgebiet für derartige Schräg-Tonnenrollenlager sind Ausrücklager für Kraftfahrzeug-Getriebekupplungen, wo einerseits erhebliche axiale Kupplungskräfte übertragen werden müssen und andererseits die Fähigkeit zur Selbstausrichtung des Lagers eine Anpassung beispielsweise an Fertigungsfehler bei einer Kupplungs-Tellerfeder ermöglichen soll.
Aus der DE 10 2015 214 486 A1 ist ein typisches Tonnenrollenlager der eingangs beschriebenen Art bekannt, welches als Ausrücklager für Kraftfahrzeugkupplungen verwendet werden kann, wobei dort aus Gründen einer übersichtlicheren Darstellung ein druckwinkelseitiger Dichtring fortgelassen wurde. Ein ähnliches Tonnenrollenlager ist aus der DE 10 2015 220 266 A1 bekannt. Der Druckwinkel der Tonnenrollen beträgt in der für derartige herkömmliche Lager üblichen Weise nur etwa 70°, so dass auch die Laufbahnen der beiden Lagerringe eine verhältnismäßig geringe Neigung gegenüber der Lagerlängsachse haben. Das bedeutet, dass das Lager bei einer vorgegebenen betriebsbedingt zu übertragenden Axialkraft zusätzlich durch eine wesentlich größere ineffektive Radialkraft belastet wird. Zugleich ist die eine Scherbelastung zwischen den Laufbahnen einerseits und den Tonnenrollen andererseits bewirkende Kraft verhältnismäßig groß, welches durch eine enge Schmiegung der Laufbahnen gegenüber den Tonnenrollen kompensiert werden muss.
Es sei hier bemerkt, dass in der vorliegenden Beschreibung unter dem Begriff „Druckwinkel“ der Winkel zwischen der Drucklinie und der Lagerlängsachse verstanden wird. Unter dem Begriff „Schmiegung“ wird ganz allgemein das auf den Wälzkörperradius bezogene Übermaß des Laufbahnradius (jeweils im Axialschnitt) verstanden, hier bezogen auf den zu 100% angesetzten, die Tonnenkontur bildenden Radius der Tonnenrollen.
Es hat sich gezeigt, dass unter den typischen Betriebsbedingungen insbesondere bei Ausrücklagern für schwere Nutzfahrzeuge oder ähnlichen Verwendungen, bei denen im wesentlichen nur Axialkräfte zu übertragen sind, die herkömmliche Auslegung von Schräg-Tonnenrollenlagern nicht optimal auf die gegebenen Betriebsanforderungen abgestimmt ist. Infolge der zur Erzielung bestimmter Axialkräfte in Kauf zu nehmenden hohen Radialkräfte im Lager und der zur Vermeidung eines übermäßigen Lagerspiels erforderlichen engen Schmiegung entsteht im Lager eine vergleichsweise große Reibung mit der Folge hoher Eigenerwärmung und hoher Betriebstemperatur, welches eine verringerte Gebrauchsdauer des Lager-Schmierfettes und damit eine entsprechend verringerte Nutzungsdauer des Lagers bedingt.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Schräg-Tonnenrollenlager der im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen Art für eine Anwendung zu optimieren, bei der überwiegend Axialkräfte zu übertragen sind.
Die Lösung dieser Aufgabe wird mit einem Lager erreicht, welches die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, während eine vorteilhafte Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung in den abhängigen Ansprüchen definiert sind.
Der Erfindung lag die Erkenntnis zugrunde, dass mit einer Verkleinerung des Druckwinkels, also mit einer stärkeren Neigung der Drucklinien zur Lagerlängsachse hin zwei sich ergänzende günstige Effekte erzielbar sind, indem einerseits die ineffektiven Radialkräfte und andererseits die eine Scherbewegung zwischen Laufbahnen und Tonnenrollen bewirkende Kraft geringer werden, welches eine weniger enge Schmiegung erlaubt, wie nachstehend noch genauer dargelegt wird.
Demnach geht die Erfindung aus von einem abgedichteten Schräg-Tonnenrollenlager, umfassend einen äußeren Lagerring, einen inneren Lagerring und eine Reihe von zwischen den beiden Lagerringen angeordneten Tonnenrollen mit schräg zur Lagerlängsachse ausgerichteten Drucklinien, wobei die radial innere Seite des äußeren Lagerrings eine hohlkugelige, sich an die Kontur der Tonnenrollen anschmiegende Außenringlaufbahn aufweist und an der radial äußeren Seite des inneren Lagerrings eine sich an die Kontur der Tonnenrollen anschmiegende Innenringlaufbahn ausgebildet ist, und wobei an den beiden axialen Endseiten des Schräg-Tonnenrollenlager jeweils ein den Abstand zwischen den beiden Lagerringen überbrückender, am äußeren Lagerring befestigter sowie am inneren Lagerring mit zumindest einer elastischen Dichtlippe schleifend anliegender Dichtring angeordnet ist.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist dabei vorgesehen, dass der Druckwinkel α der Drucklinien zur Lagerlängsachse zwischen 45° und 60° beträgt, dass die Schmiegung zwischen der Außenringlaufbahn und den Tonnenrollen einerseits zwischen 125% und 135% beträgt, und dass die Schmiegung zwischen der Innenringlaufbahn und den Tonnenrollen ebenfalls zwischen 125% und 135% beträgt.
Bei einer Verkleinerung des Druckwinkels der Drucklinien werden die Laufbahnen in Bezug auf die Lagerlängsachse steiler, das heißt günstiger für die Aufnahme und Übertragung von Axialkräften angestellt. Außerdem werden die eine Scherbewegung zwischen den Laufbahnen und den Tonnenrollen bewirkenden Kräfte verringert, so dass das Erfordernis einer diese Scherbewegung auffangenden engen Schmiegung weitgehend entfällt. Die Folge sind bei gleicher axialer Lagerbelastung eine geringere Reibung und Eigenerwärmung des Lagers, damit einhergehend eine längere Gebrauchsdauer des Schmierfettes und somit eine längere Nutzungsdauer des Lagers.
Bei der erwähnten steileren Anstellung der Laufbahnen wird insbesondere druckwinkelseitig der gegebenenfalls von einem Dichtring zu überbrückende Abstand des äußeren Lagerringes zum inneren Lagerring in einer zur Lagerlängsachse senkrechten Ebene grösser als bei der herkömmlichen flacheren Anstellung, so dass auch ein in dieser Ebene angeordneter Dichtring entsprechend größer und aufwendiger ausfallen würde. Hierzu kann eine axial verlängerte Dichtlippe dieses Dichtringes zumindest beitragen.
Es ist deshalb gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass zumindest der erste, druckwinkelseitige Dichtring den Abstand zwischen dem äußeren und dem inneren Lagerring nicht in einer senkrecht zur Lagerlängsachse stehenden Ebene sondern im Wesentlichen auf dem kürzesten Weg in axialer Richtung überbrückt. Dazu ist vorgesehen dass der erste, druckwinkelseitige Dichtring im Querschnitt zumindest einen Schenkel aufweist, welcher sich ausgehend vom äußeren Lagerring etwa axial zum Lagerinneren hin erstreckt und den inneren Lagerring neben der Innenringlaufbahn im Lagerinneren trifft. Auf diese Weise kann der innere Lagerring in axialer Richtung kürzer als bisher ausgebildet sein, welches gegebenenfalls im Betrieb des Lagers dessen drehende Masse verringert und eine Materialeinsparung erlaubt, wie anhand eines Ausführungsbeispiels dargelegt wird.
Der innere Lagerring des erfindungsgemäßen Tonnenrollenlager weist bevorzugt zwei radial nach außen ragende Borde auf, welche die Innenringlaufbahn begrenzen, während der äußere Lagerring bordlos ausgebildet ist.
Schließlich ist bevorzugt vorgesehen, dass am äußeren Lagerring des Tonnenrollenlagers eine Abdichtkappe befestigt ist, welche einen radial außen ausgebildeten Spalt zwischen den beiden Lagerringen überdeckt und abdichtet. Zusätzlich bewirkt diese Abdichtkappe ein Zusammenhalten der beiden Lagerringe, so dass das Tonnenrollenlager eine geschlossene Einheit bildet und eine Kippbewegung beziehungsweise Schwenkbewegung des äußeren Lagerrings in Bezug zum inneren Lagerring möglich ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels weiter erläutert, welches in der beigefügten Zeichnung dargestellt ist. In dieser zeigt die einzige Figur eine axiale Teilschnitt-Ansicht eines erfindungsgemäßen abgedichteten Tonnenrollenlagers.
Das in der Figur dargestellte abgedichtete Tonnenrollenlager 2 umfasst einen inneren Lagerring 4, einen äußeren Lagerring 6 sowie zwischen diesen Lagerringen 4, 6 angeordnete, in einem Käfig 8 gehaltene Tonnenrollen 10 mit schräg zur Lagerlängsachse 12 stehenden Drucklinien 14. Die Tonnenrollen 10 haben einen die Tonnenkontur bildenden Radius R.
An der radialen Außenseite des inneren Lagerrings 4 ist eine an die Tonnenkontur der Tonnenrollen 10 angepasste Innenringlaufbahn 16 ausgebildet, welche von zwei nach radial außen ragenden Borde 28, 30 des Innenrings 4 begrenzt ist. Die an der bordlosen radialen Innenseite des äußeren Lagerrings 6 ausgebildete Laufbahn 18 hat in bekannter Weise eine an den Radius R angepasste hohlkugelige Form, so dass der äußere Lagerring 6 eine Kippbewegung entsprechend dem Doppelpfeil 20 ausführen kann.
Das Tonnenrollenlager 2 ist im Bereich seiner beiden axialen Endseiten jeweils mittels eines am äußeren Lagerring 6 befestigten und mit elastischen Dichtlippen am inneren Lagerring 4 anliegenden Dichtring 22, 24 abgedichtet sowie mit einem nicht dargestellten Schmierfett gefüllt. Zudem ist am äußeren Lagerring 6 eine Abdichtkappe 34 befestigt, welche einen radial außen ausgebildeten Spalt zwischen den beiden Lagerringen 4, 6 überdeckt und dabei abdichtet. Zusätzlich bewirkt diese Abdichtkappe 34 das Zusammenhalten der beiden Lagerringe 4, 6, sodass das Tonnenrollenlager 2 eine in sich geschlossene Einheit bildet und die erwähnte Kippbewegung möglich ist.
Um einen guten Kompromiss zwischen den bei Tonnenrollenlagern unvermeidlichen ineffektiven Radialkräften einerseits und der Fähigkeit zur Winkelanpassung ohne allzu große Radialbewegungen des äußeren Lagerringes andererseits zu erreichen, ist die Neigung der Drucklinie 14 in einer diese beiden gegensätzlichen Bedingungen und gegebenenfalls auch unterschiedliche Betriebsbedingungen berücksichtigenden Weise eingestellt. Die Neigung der Drucklinie 14 beträgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel ca. α = 50°.
Da die Tonnenrollen 10 infolge des geringeren Druckwinkels α mehr in Richtung zu der Drucklinie 14 belastet werden, ist auch die eine Scherbewegung zwischen den Lagerringen 4, 6 und den Tonnenrollen 10 induzierende Kraft geringer, so dass man mit einer geringeren Schmiegung der Laufbahnen 16, 18 gegenüber den Tonnenrollen 10 auskommt. Dies wiederum trägt dazu bei, dass die innere Lagerreibung und damit die Eigenerwärmung des Lagers 2 geringer als bisher üblich sind, womit die Fettgebrauchsdauer und letztlich die maximale Nutzungsdauer des Lagers 2 verlängert wird.
Wie die Zeichnungsfigur erkennen lässt, wäre infolge der gegenüber herkömmlichen Lösungen stärkeren Neigung der Laufbahnen 14, 16 der von einem Dichtring zu überbrückende radiale Abstand A zwischen dem äußeren Lagerring 6 und einem bis in die Ebene E der druckwinkelseitigen Endseite des Lagers 2 vorgezogenen inneren Lagerring 4 sehr groß sowie ein diesbezüglicher Dichtring entsprechend aufwendig. Aus diesem Grund ist der druckwinkelseitige Dichtring 24 so ausgelegt, dass er den Abstand zwischen dem äußeren Lagerring 6 und dem innerem Lagerring 4 im Wesentlichen auf dem kürzesten Wege überbrückt. Hierzu weist der druckwinkelseitige Dichtring 24 radial innen zumindest einen elastischen Schenkel 32 auf, welcher sich ausgehend vom äußeren Lagerring 6 etwa axial zum Lagerinneren hin erstreckt und den inneren Lagerring 4 neben der Innenringlaufbahn 16 nahe zum durchmesserkleineren Bord 28 des Innenrings 4 trifft.
Der innere Lagerring 4 kann hierdurch, wie dargestellt, in axialer Richtung kürzer, also nicht bis zur Ebene E reichend ausgeführt sein, welches gegebenenfalls seine drehende Masse verringert und Material einspart. Die Länge und Weichheit beziehungsweise Elastizität der Dichtlippen der Dichtringe 22, 24 ist in bekannter Weise an die jeweilige Ausgestaltung des Lagers angepasst.
Bezugszeichenliste

2: Tonnenrollenlager
4: Innerer Lagerring
6: Äußerer Lagerring
8: Käfig
10: Tonnenrollen
12: Lagerlängsachse
14: Drucklinie
16: Innenringlaufbahn
18: Außenringlaufbahn
20: Doppelpfeil, Bewegungsrichtung
22: Radial äußerer Dichtring
24: Druckwinkelseitiger Dichtring
28: Erster Bord am inneren Lagerring
30: Zweiter Bord am inneren Lagerring
32: Schenkel des ersten Dichtrings
34: Abdichtkappe
R: Radius
E: Ebene Endseite des Lagers
A: Abstand
α: Druckwinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015214486 A1 [0003]
DE 102015220266 A1 [0003]

Claims

Abgedichtetes Schräg-Tonnenrollenlager (2), umfassend einen äußeren Lagerring (6), einen inneren Lagerring (4) und eine Reihe von zwischen den beiden Lagerringen (4, 6) angeordneten Tonnenrollen (10) mit schräg zur Lagerlängsachse (12) ausgerichteten Drucklinien (14), wobei die radial innere Seite des äußeren Lagerrings (6) eine hohlkugelige, sich an die Kontur der Tonnenrollen (10) anschmiegende Außenringlaufbahn (18) aufweist und an der radial äußeren Seite des inneren Lagerrings (4) eine sich an die Kontur der Tonnenrollen (10) anschmiegende Innenringlaufbahn (16) ausgebildet ist, und wobei an den beiden axialen Endseiten des Schräg-Tonnenrollenlager (2) jeweils ein den Abstand zwischen den beiden Lagerringen (4, 6) überbrückender, am äußeren Lagerring (6) befestigter sowie am inneren Lagerring (4) mit zumindest einer elastischen Dichtlippe schleifend anliegender Dichtring (22, 24) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckwinkel (α) der Drucklinien (14) zur Lagerlängsachse (12) zwischen 45° und 60° beträgt, dass die Schmiegung zwischen der Außenringlaufbahn (18) und den Tonnenrollen (10) zwischen 125% und 135% beträgt, und dass die Schmiegung zwischen der Innenringlaufbahn (16) und den Tonnenrollen (10) ebenfalls zwischen 125% und 135% beträgt.
Schräg-Tonnenrollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der druckwinkelseitige Dichtring (24) den Abstand zwischen dem äußeren Lagerring (6) und dem inneren Lagerring (4) auf kürzestem Weg überbrückt.
Schräg-Tonnenrollenlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der druckwinkelseitige Dichtring (24) zumindest einen Schenkel (32) aufweist, welcher sich ausgehend vom äußeren Lagerring (6) etwa axial zum Lagerinneren hin erstreckt und den inneren Lagerring (4) neben der Innenringlaufbahn (16) im Lagerinneren trifft.
Schräg-Tonnenrollenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Lagerring (4) zwei radial nach außen ragende Borde (28, 39) aufweist, welche die Innenringlaufbahn (16) begrenzen, und dass der äußere Lagerring (6) bordlos ausgebildet ist.
Schräg-Tonnenrollenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass am äußeren Lagerring (6) eine Abdichtkappe (34) befestigt ist, welche einen radial außen ausgebildeten Spalt zwischen den beiden Lagerringen (4, 6) überdeckt und abdichtet.