-
Gebiet der Erfindung
-
Die Erfindung betrifft ein als Loslager ausgebildetes Wälzlager nach den oberbegriffsbildenden Merkmalen des Patentanspruchs 1, welches insbesondere vorteilhaft für hohe Radiallasten bei kleinem Abstand zum zugehörigen Festlager geeignet ist, beispielsweise bei der Kurbelwellenlagerung in Einzylinder-Verbrennungsmotoren oder bei der Wellenlagerung in PKW-Schaltgetrieben.
-
Hintergrund der Erfindung
-
In der Wälzlagertechnik ist es allgemein bekannt, dass Lagerungen mit Fest- und Loslager die Welle radial abstützen, axial führen und wärmebedingte Längenänderungen der Welle verspannungsfrei aufnehmen müssen. Bei diesen Lagerungen übernimmt das Festlager die radiale Abstützung und die axiale Führung der Welle in beiden Richtungen, das heißt es muss sowohl auf der Welle als auch im Gehäuse seitlich festgelegt werden. Das Loslager am entgegengesetzten Wellenende übernimmt dagegen nur die radiale Abstützung der Welle. Außerdem muss es Axialverschiebungen der Welle zulassen, um ein gegenseitiges Verspannen der Lager zu verhindern. Als Festlager eignen sich Radiallager, die kombinierte Belastungen aufnehmen können. Dazu gehören Rillenkugellager, zweireihige bzw. satzweise eingebaute einreihige Schrägkugellager, Pendelkugellager, Pendelrollenlager, zusammengepasste einreihige Kegelrollenlager und Zylinderrollenlager der Bauform NUP bzw. der Bauform NJ mit einem HJ Winkelring. Aber auch Kombinationen zweier unterschiedlicher Lager können als Festlager eingesetzt werden.
-
Zur Aufnahme thermischer Axialverschiebungen der Welle an der Loslagerposition sind zwei Varianten bekannt. Bei der ersten Variante erfolgt der Ausgleich zwischen einem der Lagerringe und dessen Lagersitz, vorzugsweise zwischen der Gehäusebohrung und dem mit einer losen Passung eingesetzten Außenring. Bei der zweiten Variante kommen Wälzlager zum Einsatz, mit denen Axialverschiebungen im Lager selbst ausgeglichen werden können. Zu diesen als Loslager bezeichneten Wälzlagern gehören vor allem Nadellager und Zylinderrollenlager mit jeweils einem bordfreien Innen- oder Außenring oder auch Toroidalrollenlager. Aus der großen Zahl möglicher Fest-Loslager-Kombinationen sind die gebräuchlichsten Kombinationen Rillenkugellager mit Zylinderrollenlager der Bauform N oder NU, zweireihige Schrägkugellager mit Zylinderrollenlager der Bauform N oder NU, zusammengepasste einreihige oder zweireihige Kegelrollenlager mit Zylinderrollenlager der Bauform N oder NU, Zylinderrollenlager der Bauform NUP oder NJ + HI mit Zylinderrollenlager der Bauform N oder NU und Vierpunktlager mit Zylinderrollenlager der Bauform N oder NU. Unabhängig von der Auswahl des Festlagertyps kommen somit am häufigsten Zylinderrollenlager der Bauform N oder NU als Loslager zum Einsatz.
-
Derartige Zylinderrollenlager der Bauform N oder NU sind beispielsweise aus dem Katalog „Wälzlager“ der Anmelderin, Ausgabe Oktober 2008, Seite 393, bekannt und bestehen im Wesentlichen aus einen inneren Lagerring mit einer an dessen äußerer Mantelfläche angeordneten inneren Laufbahn, einem äußeren Lagerring mit einer an dessen innerer Mantelfläche angeordneten äußeren Laufbahn sowie eine Vielzahl zwischen den Lagerringen angeordneter und auf deren Laufbahnen abrollender Rollenwälzkörper, die in Umfangsrichtung durch einen Lagerkäfig in gleichmäßigen Abständen zueinander gehalten werden. Bei der Bauform N ist dabei die innere Mantelfläche des äußeren Lagerrings koaxial zylindrisch zur Lagerrotationsachse verlaufend ohne Axialborde ausgebildet, während die äußere Mantelfläche des inneren Lagerrings durch zwei Axialborde seitlich begrenzt wird. Dagegen ist bei der Bauform NU die äußere Mantelfläche des innere Lagerrings koaxial zylindrisch zur Lagerrotationsachse verlaufend ohne Axialborde ausgebildet, während die innere Mantelfläche des äußeren Lagerrings durch zwei Axialborde seitlich begrenzt wird.
-
Nachteilig bei solchen als Loslager ausgebildeten Zylinderrollenlagern ist jedoch der hohe Fertigungsaufwand für die Führung der genau auf Länge geschliffenen Zylinderrollen zwischen den beiden Borden am inneren oder am äußeren Lagerring, da diese Borde zur Vermeidung eines Rollenschränkens hochpräzise mit einer kleinen Breitentoleranz geschliffen werden müssen.
-
Aufgabe der Erfindung
-
Ausgehend von den dargelegten Nachteilen des bekannten Standes der Technik liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe zu Grunde, ein Loslager zu konzipieren, welches hinsichtlich der Tragfähigkeit eine ähnliche Leistung wie ein Zylinderrollenlager der Bauform N oder NU aufweist, sich demgegenüber jedoch durch einen geringeren Fertigungsaufwand mit größeren Fertigungstoleranzen auszeichnet.
-
Beschreibung der Erfindung
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Loslager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart gelöst, dass die Rollenwälzkörper des Loslagers als Kegelrollen ausgebildet sind, die mit ihren Kegelmantelflächen einerseits auf der koaxial zylindrisch zur Lagerrotationsachse verlaufenden und ohne Axialborde ausgebildeten Mantelfläche des einen Lagerrings und andererseits in einer Laufbahn des anderen Lagerrings abrollen, die in dessen schräg zur Lagerrotationsachse verlaufende innere oder äußere Mantelfläche kegelförmig eingearbeitet ist.
-
Bevorzugte Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzlagers werden in den Unteransprüchen beschrieben.
-
Danach ist es gemäß Anspruch 2 bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Loslager vorgesehen, dass der Kegelwinkel der Kegelmantelflächen der Rollenwälzkörper zur Minimierung kinematischer Fehler zwischen 1° und 2° in Bezug auf die Rotationsachse der Rollenwälzkörper beträgt. Insbesondere ein Kegelwinkel der Kegelmantelflächen von 1,5° hat sich hinsichtlich der Tiefe der in einen der Lagerringe einzuarbeitenden Laufbahn und hinsichtlich der Reibung der Rollenwälzkörper an dem dabei entstehenden Bord als am geeignetsten erwiesen.
-
Nach Anspruch 3 ist es ein weiteres Merkmal des erfindungsgemäß ausgebildeten Loslagers, dass die Rollenwälzkörper nur an einem durch die Einarbeitung der Laufbahn in die Mantelfläche eines der Lagerringe entstehenden Bord mit ihren größeren Stirnseiten axial anliegen. Da es sich um ein Loslager handelt erfolgt über diesen Bord keine Aufnahme von Axialkräften sondern lediglich die Axialführung des Wälzkörpersatzes in eine Richtung, während die Axialführung des Wälzkörpersatzes in die andere Richtung über die kegelige Laufbahn in diesem Lagerring erfolgt. Der Vorteil dieser Lagerausbildung ist dabei vor allem wirtschaftlicher Art, da gegenüber einem Zylinderrollenlager der Bauform N oder NU die Laufbahn und die Bordwand im kostengünstigen Schrägeinstich mit größeren Fertigungstoleranzen geschliffen werden kann.
-
Gemäß den Ansprüchen 4 und 5 zeichnet sich das erfindungsgemäß ausgebildete Loslager darüber hinaus noch dadurch aus, dass der Lagerkäfig als wälzkörpergeführter Taschenkäfig aus Kunststoff oder Metall ausgebildet ist, der aus zwei Seitenringen und mehreren diese Seitenringe miteinander verbindenden Stegen besteht. Dieser Lagerkäfig weist an seinem gegenüber dem Bord an einem der Lagerringe angeordneten Seitenring mehrere gleichmäßig umfangsverteilte schräge Rastnasen auf, über die der Lagerkäfig in einer umlaufenden Ringnut im anderen Lagerring axial fixierbar ist. Die unmittelbar neben der kegelförmig eingearbeiteten Laufbahn angeordnete Ringnut und die Rastnasen am Lagerkäfig sind dabei so angeordnet, dass beim Ein-/Aufsetzen des mit dem Lagerkäfig vormontierten Rollensatzes in/auf den mit dem Bord ausgebildeten Lagerring die Rastnasen mit dem Anschlag der Rollenwälzkörper am Bord in die Ringnut einrasten. Der mit dem Bord ausgebildete Lagerring und der vormontierte Rollensatz bilden somit eine unverlierbare Baueinheit.
-
Schließlich wird es als vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäß ausgebildeten Loslagers durch Anspruch 6 noch vorgeschlagen, dass der mit der koaxial zylindrisch zur Lagerrotationsachse verlaufenden Mantelfläche und ohne Axialborde ausgebildete Lagerring durch den äußeren Lagerring eines Zylinderrollenlagers der Bauform N oder durch den inneren Lagerring eines Zylinderrollenlagers der Bauform NU gebildet werden. Hierdurch können weitere Kosteneinsparungen für das erfindungsgemäße Loslager erzielt werden.
-
Das erfindungsgemäß ausgebildete Loslager weist somit gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Loslagern den Vorteil auf, dass es hinsichtlich der Tragfähigkeit eine ähnliche Leistung wie ein Zylinderrollenlager der Bauform N oder NU aufweist, sich demgegenüber jedoch durch einen geringeren Fertigungsaufwand mit größeren Fertigungstoleranzen auszeichnet.
-
Figurenliste
-
Das erfindungsgemäß ausgebildete Loslager wird nachfolgend in zwei bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 einen vergrößerten Teilquerschnitt durch eine als Bauform TFU bezeichnete erste Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Loslagers;
- 2 einen vergrößerten Teilquerschnitt durch eine als Bauform TFN bezeichnete zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Loslagers.
-
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
-
Aus den 1 und 2 geht jeweils deutlich ein als Loslager 1 ausgebildetes Wälzlager hervor, welches einen inneren Lagerring 2 mit einer an dessen äußerer Mantelfläche 3 angeordneten inneren Laufbahn 4, einen äußeren Lagerring 5 mit einer an dessen innerer Mantelfläche 6 angeordneten äußeren Laufbahn 7 sowie eine Vielzahl zwischen den Lagerringen 2, 5 angeordneter und auf deren Laufbahnen 4, 7 abrollender Rollenwälzkörper 8 umfasst, die in Umfangsrichtung durch einen Lagerkäfig 9 in gleichmäßigen Abständen zueinander gehalten werden. Dabei ist bei der Ausführungsform gemäß 1 die Mantelfläche 3 des inneren Lagerrings 2 koaxial zylindrisch zur Lagerrotationsachse verlaufend ohne Axialborde ausgebildet und die Mantelfläche 6 des äußeren Lagerrings 5 durch einen Axialbord 11 seitlich begrenzt während bei der Ausführungsform gemäß 2 die Mantelfläche 6 des äußeren Lagerrings 5 koaxial zylindrisch zur Lagerrotationsachse verlaufend ohne Axialborde ausgebildet ist und die Mantelfläche 3 des inneren Lagerrings 2 durch einen Axialbord 10 seitlich begrenzt ist.
-
Des Weiteren ist in den 1 und 2 zu sehen, dass bei beiden Ausführungsformen die Rollenwälzkörper 8 erfindungsgemäß als Kegelrollen ausgebildet sind, die mit ihren Kegelmantelflächen 12 einerseits auf der koaxial zylindrisch zur Lagerrotationsachse verlaufenden und ohne Axialborde ausgebildeten Mantelfläche 3 bzw. 6 des einen Lagerrings 2 bzw. 5 und andererseits in einer Laufbahn 7 bzw. 4 des anderen Lagerrings 5 bzw. 2 abrollen, die in dessen schräg zur Lagerrotationsachse verlaufende innere bzw. äußere Mantelfläche 6 bzw. 3 kegelförmig eingearbeitet ist. Dadurch liegen die Rollenwälzkörper 8 nur an einem einzigen durch die Einarbeitung der Laufbahn 7 bzw. 4 in die Mantelfläche 6 bzw. 3 des anderen Lagerrings 5 bzw. 2 entstehenden Axialbord 10 bzw. 11 jeweils mit ihren größeren Stirnseiten 13 axial an, wobei zur Minimierung kinematischer Fehler im Lagerbetrieb der Kegelwinkel δ der Kegelmantelflächen 12 der Rollenwälzkörper 8 in Bezug auf die Rotationsachse der Rollenwälzkörper vorzugsweise 1,5° beträgt.
-
Schließlich ist in den 1 und 2 noch erkennbar, dass der Lagerkäfig 9 bei beiden Ausführungsformen des Loslagers 1 als wälzkörpergeführter Taschenkäfig aus Kunststoff oder Metall ausgebildet ist, der aus zwei Seitenringen 14, 15 und mehreren diese Seitenringe 14, 15 miteinander verbindenden Stegen 16 besteht. Darüber hinaus weist der Lagerkäfig 9 an seinem gegenüber dem Axialbord 10 bzw. 11 am Lagerring 5 bzw. 2 angeordneten Seitenring 15 mehrere gleichmäßig umfangsverteilte schräge Rastnasen 17 auf, über die der Lagerkäfig 9 in einer umlaufenden Ringnut 18 im Lagerring 5 bzw. 2 axial fixierbar ist. Die unmittelbar neben der kegelförmig eingearbeiteten Laufbahn 4 bzw. 7 angeordnete Ringnut 18 und die Rastnasen 17 am Lagerkäfig 9 sind dabei so angeordnet, dass beim Ein-/Aufsetzen des mit dem Lagerkäfig 9 vormontierten Kegelrollensatzes in/auf den mit dem Bord ausgebildeten Lagerring 2 bzw. 5 die Rastnasen 17 beim Anschlag der Rollenwälzkörper 8 am Bord 10 bzw. 11 in die Ringnut einrasten.
-
Lediglich erwähnt werden soll noch, dass für den mit der koaxial zylindrisch zur Lagerrotationsachse verlaufenden Mantelfläche 3 bzw. 6 und ohne Axialborde ausgebildeten Lagerring 2 bzw. 5 zwecks Kosteneinsparungen bevorzugt ein äußerer Lagerring eines Zylinderrollenlagers der Bauform N oder ein innerer Lagerring eines Zylinderrollenlagers der Bauform NU verwendet wird.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Loslager
- 2
- innerer Lagerring
- 3
- äußere Mantelfläche von 2
- 4
- Laufbahn an 3
- 5
- äußerer Lagerring
- 6
- innere Mantelfläche von 5
- 7
- Laufbahn an 6
- 8
- Rollenwälzkörper
- 9
- Lagerkäfig
- 10
- Axialbord an 3
- 11
- Axialbord an 6
- 12
- Kegelmantelflächen von 8
- 13
- größere Stirnseiten von 8
- 14
- Seitenring von 9
- 15
- Seitenring von 9
- 16
- Stege zwischen 14 und 15
- 17
- Rastnasen an 15
- 18
- Ringnut in 5 oder 2
- δ
- Kegelwinkel
