DE102019117692A1

DE102019117692A1 - Zweireihiges Schrägkugellager und Verfahren zu dessen Lagerspieleinstellung

Info

Publication number: DE102019117692A1
Application number: DE102019117692.1A
Authority: DE
Inventors: Elmar Mause
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2018-07-05
Filing date: 2019-07-01
Publication date: 2020-01-09

Abstract

Vorgeschlagen sind ein zweireihiges Schrägkugellager (1) und ein Verfahren zur Spieleinstellung des Lagers, das einen Außenring, eine Welle (2) und zwei Kugelreihen (8, 9) in O-Anordnung umfasst, deren Lagerkugeln (11) innenringfrei auf der Welle abwälzen. Der Außenring hat ein erstes Außenringteil (4) und ein damit gefügtes zweites Außenringteil (5), wobei die erste Kugelreihe auf einer ersten Außenlaufbahn (6) im ersten Außenringteil und auf einer ersten Innenlaufbahn (16) auf der Welle abwälzt, die zweite Kugelreihe auf einer zweiten Außenlaufbahn (7) im zweiten Außenringteil und auf einer zweiten Innenlaufbahn (17) auf der Welle abwälzt, zwischen den Außenringteilen (4, 5) eine die Kugelreihen (8, 9) in die O-Anordnung beaufschlagende Feder (20) eingespannt ist und folgende Durchmesserbeziehung gilt:
- D_H1 < D₁ < d_w + 2 · D
- D₂ > d_w + 2 . D
mit:
D_H1 = Außenhüllkreisdurchmesser der ersten Kugelreihe (8),
D₁ = Innendurchmesser des dem zweiten Außenringteil abgewandten Endabschnitts (18) des ersten Außenringteils,
dw = Außendurchmesser der an die Innenlaufbahnen angrenzenden Abschnitte der Welle,
D = Durchmesser der Lagerkugeln,
D₂ = Innendurchmesser des dem ersten Außenringteil abgewandten Endabschnitts (19) des zweiten Außenringteils.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schrägkugellager umfassend einen Außenring, eine Welle und zwei Kugelreihen in O-Anordnung, deren Lagerkugeln innenringfrei auf der Welle abwälzen.
Ein derartiges Schrägkugellager findet typischerweise Verwendung als Wasserpumpenlager im Kühlsystem eines Verbrennungsmotors. Da die Innenlaufbahnen der beiden Kugelreihen direkt in der Welle eingearbeitet sind und folglich das Lager keinen Innenring hat, steht den Lagerkugeln mehr radialer Bauraum zugunsten der Tragzahl zur Verfügung.
Bei aktuellen Fahrzeugentwicklungen mit alleinigem oder zusätzlichem Elektroantrieb zeichnet sich ein Trend ab, wonach das Fahrzeug (auch) mit einem oder mehreren dezentralen und vergleichsweise kleinen Kühlkreisläufen und dementsprechend klein dimensionierten Kühlwasserpumpen versehen ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schrägkugellager der eingangs genannten Art und insbesondere ein Wasserpumpenlager anzugeben, das bei vergleichsweise hoher Tragzahl möglichst klein bauend ausgeführt ist.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Vorrichtungsanspruchs 1 und des Verfahrensanspruchs 6.
Vorrichtungsseitig soll der Außenring ein erstes Außenringteil und ein damit gefügtes zweites Außenringteil haben, wobei die erste Kugelreihe auf einer ersten Außenlaufbahn im ersten Außenringteil und auf einer ersten Innenlaufbahn auf der Welle abwälzt und wobei die zweite Kugelreihe auf einer zweiten Außenlaufbahn im zweiten Außenringteil und auf einer zweiten Innenlaufbahn auf der Welle abwälzt. Zwischen den Außenringteilen ist eine die Kugelreihen in die O-Anordnung beaufschlagende Feder eingespannt, und es gilt folgende Durchmesserbeziehung:

- D_H1 < D₁ < d_w + 2 . D
- D₂ > d_w + 2 . D

D_H1 = Außenhüllkreisdurchmesser der ersten Kugelreihe (8),
D₁ = Innendurchmesser des dem zweiten Außenringteil (5) abgewandten Endabschnitts (18) des ersten Außenringteils (4),
dw = Außendurchmesser der an die Innenlaufbahnen (16, 17) angrenzenden Abschnitte der Welle (2),
D = Durchmesser der Lagerkugeln (11),
D₂ = Innendurchmesser des dem ersten Außenringteil (4) abgewandten Endabschnitts (19) des zweiten Außenringteils (5).

Die axial zweigeteilte Ausführung des Außenrings und der ausgehend von der zweiten Außenlaufbahn im Durchmesser erweiterte Endabschnitt des zweiten Außenringteils ermöglichen es, wenigstens die zweite Kugelreihe zugunsten der Tragzahl mit einem Füllwinkel von zumindest 190° zu montieren. Vorzugsweise ist der Füllwinkel beider Kugelreihen größer als 190°, die im Idealfall mit dem maximalen Füllgrad vollkugelig sind. Der Füllwinkel ist bekanntlich der Winkel, den die Lagerkugeln aufspannen, falls sie spielfrei in der Laufbahn aneinander anliegen würden.
Bei der Lagermontage wird zunächst das erste Außenringteil mit der ersten Kugelreihe auf die Welle montiert. Dann wird das zweite Außenringteil soweit auf die Welle geschoben, dass es zum ersten Außenringteil gering beabstandet ist und die zweite Kugelreihe in den Ringraum zwischen der Welle und dem Endabschnitt des zweiten Außenringteils eingeführt und unter Verkleinerung seines Außenhüllkreisdurchmessers auf die zweite Innenlaufbahn gesetzt werden kann. Daraufhin schiebt die zwischen den Außenringteilen eingespannte Feder das zweite Außenringteil vom ersten Außenringteil weg, bis die O-Anordnung der Kugelreihen frei von Lagerspiel ist. Schließlich wird das Lagerspiel durch Zusammenschieben der Außenringteile um einen vorbestimmten Weg eingestellt, und die Außenringteile werden in dieser Relativposition aneinander befestigt.
Verfahrensseitig soll das radiale Lagerspiel des Schrägkugellagers dadurch eingestellt werden, dass das Lagerspiel durch Einstellung des axialen Abstands der Außenringteile eingestellt wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Es sei angemerkt, dass die zwischen den Außenringteilen eingespannte Feder auch bei anderen Kugellagern mit axial geteiltem Außenring zum Einsatz kommen kann, um die Kugelreihen vor dem Einstellen des Lagerspiels spielfrei gegen die Laufbahnen der beiden Außenringteile zu verspannen. Bedarfsweise kann dabei auch eine Zugfeder Verwendung finden, die den Abstand der Außenringteile verkleinert.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Figuren, in denen ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schrägkugellagers jeweils im Längsschnitt dargestellt ist. Es handelt sich um ein Wasserpumpenlager, das gegenüber bekannten Wasserpumpenlagern von Verbrennungsmotoren miniaturisiert ist. Es zeigen:

1 das zweireihige Schrägkugellager im Zusammenbau;
2 die Montage der ersten Kugelreihe auf die Welle;
3 die Montage des ersten Außenringteils;
4 die provisorische Montage des zweiten Außenringteils;
5 und 6 die Montage der zweiten Kugelreihe auf die Welle;
7 das Auseinanderdrücken der beiden Außenringteile.

Das in 1 im Zusammenbau dargestellte Wasserpumpenlager ist ein zweireihiges Schrägkugellager 1 mit einer Welle 2, die ein Flügelrad der Wasserpumpe antreibt. Das Schrägkugellager 1 hat einen in einer Gehäusebohrung 3 eines Lagergehäuses eingepressten Außenring mit zwei axial miteinander gefügten Außenringteilen 4 und 5, die jeweils eine der Außenlaufbahnen 6 und 7 für die beiden baugleichen Kugelreihen 8 und 9 mit Lagerkäfigen 10 und den darin gehalterten Lagerkugeln 11 bilden. Der Pressverband des Außenrings ist über den Kontakt der Außenmantelflächen beider Außenringteile 4, 5 mit der Gehäusebohrung 3 hergestellt.
Die Außenringteile 4, 5 sind an deren einander zugewandten Axialstirnseiten 12 bzw. 13 mittels zylindrischer Vorsprünge 14 bzw. 15 zusammengesteckt. Die axiale Überlappung der Außenringteile 4, 5 an den Vorsprüngen 14, 15 und eine zwischen den Außenringteilen 4, 5 eingespannte Druckfeder 20 erleichtern die später erläuterte Einstellung des Lagerspiels nach dem Montieren der Lagereinzelteile. Die Druckfeder 20 kann eine Well-, Teller- oder Spiralfeder sein.
Das Schrägkugellager 1 hat zugunsten des radialen Bauraumbedarfs keinen Innenring, so dass die Lagerkugeln 11 auf Innenlaufbahnen 16 und 17 abwälzen, die unmittelbar in der Welle 2 eingearbeitet sind (s. 2). Beide Kugelreihen 8, 9 haben mit jeweils sechs Lagerkugeln 11 einen Füllwinkel, der zugunsten einer hohen Tragzahl des Schrägkugellagers 1 deutlich größer als 190° ist - und idealerweise 360° entsprechend einer Vollkugeligkeit beträgt. Der Durchmesser dw der an die Innenlaufbahnen 16, 17 angrenzenden Wellenabschnitte beträgt vorliegend 4,4 mm, und der Durchmesser D der Lagerkugeln 11 beträgt 2,8 mm. Das Verhältnis D / dw beträgt damit ca. 0,64, wobei für das Verhältnis allgemein gelten soll: D / dw ≥ 0,5.
Die beiden Kugelreihen 8, 9 lagern die Welle 2 gemäß den eingezeichneten Druckwinkellinien in O-Anordnung. Bekanntlich ist dabei der axiale Abstand zwischen dem ersten Innenkontaktdurchmesser d_K1 auf der ersten Innenlaufbahn 16 und dem zweiten Innenkontaktdurchmesser d_K2 auf der zweiten Innenlaufbahn 17 größer als der axiale Abstand zwischen dem ersten Außenkontaktdurchmesser D_K1 auf der ersten Außenlaufbahn 6 und dem zweiten Außenkontaktdurchmesser D_K2 auf der zweiten Außenlaufbahn 7.
Die O-Anordnung der Wellenlagerung wird bei dem vorliegenden Lagerfüllwinkel von deutlich mehr als 190° durch die Geometrie der beiden Außenringteile 4, 5 und die Abfolge der einzelnen Montageschritte ermöglicht, wie es nachfolgend beschrieben ist.
2: Die erste Kugelreihe 8 wird auf die erste Innenlaufbahn 16 montiert.
3: Das erste Außenringteil 4 wird auf die Welle 2 gefädelt und in der eingezeichneten Pfeilrichtung mit demjenigen Endabschnitt 18 voraus, der dem zweiten Außenringteil 5 abgewandt ist, im wesentlichen koaxial zur Welle 2 über die erste Kugelreihe 8 geschoben. Hierzu ist der in 2 eingezeichnete Außenhüllkreis D_H1 der auf der ersten Innenlaufbahn 16 liegenden ersten Kugelreihe 8 kleiner als der lichte Innendurchmesser D₁ des Endabschnitts 18. Die Druckfeder 20 wird in den zylindrischen Vorsprung 12 eingelegt.
4: Das zweite Außenringteil 5 wird in der eingezeichneten Pfeilrichtung über die Welle 2 geschoben, bis die Vorsprünge 14, 15 aneinander anliegen oder nur geringfügig beabstandet sind.
5: Die zweite Kugelreihe 9 wird in der eingezeichneten Pfeilrichtung in den Ringraum zwischen der Welle 2 und demjenigen Endabschnitt 19 des zweiten Außenringteils 5 eingeführt, der dem ersten Außenringteil 4 abgewandt ist. Das zur Welle 2 im wesentlichen koaxiale Aufschieben der zweiten Kugelreihe 9 wird dadurch ermöglicht, dass der Innendurchmesser D₂ des Endabschnitts 19 größer ist als der Außenhüllkreis D'_H2 der zweiten Kugelreihe 9. Dieser Außenhüllkreis D'_H2 ist temporär vergrößert und setzt sich zusammen aus dem Außendurchmesser dw der an die zweite Innenlaufbahn 17 angrenzenden Abschnitte der Welle 2 und zwei Durchmessern D der Lagerkugeln 11.
Somit gilt die Durchmesserbeziehung: D₂ > D'_H2 = dw + 2 · D
6: Die zweite Kugelreihe 9 befindet sich auf der zweiten Innenlaufbahn 17, wobei für deren Außenhüllkreis D_H2 und den Außenhüllkreis D_H1 der ersten Kugelreihe 8 gemäß 2 gilt: D_H2 = D_H1 < D'_H2
7: Die Außenringteile 4, 5 werden in die O-Anordnung der beiden Kugelreihen 8, 9 auseinandergedrückt, in der die Lagerkugeln 11 sowohl am Innenkontaktdurchmesser d_K1 bzw. d_K2 als auch am Außenkontaktdurchmesser D_K1 bzw. D_K2 anliegen (s. 1) und folglich axialspielfrei sind. Das Auseinanderdrücken erfolgt selbsttätig über die Spreizkraft der zwischen den Außenringteilen 4, 5 eingespannten Druckfeder 20.
Ohne Figuren: Daraufhin werden die Außenringteile 4, 5 aus der auseinandergedrückten (axialspielfreien) Position um einen vorbestimmten Weg zusammengeschoben. Dieser Einstellweg korreliert sowohl mit dem axialen Abstand der beiden Außenringteile 4, 5 als auch mit dem vorzugebenden radialen Lagerspiel des noch nicht in der Gehäusebohrung 3 eingepressten Schrägkugellagers 1.
Anschließend werden die Außenringteile 4, 5 in dieser zusammengeschobenen Position miteinander gefügt, wobei der Fügeverband vor dem Einpressen der Außenringteile 4, 5 provisorischen Charakter hat. Das Fügen kann beispielsweise durch Befüllung des zuvor eingestellten Axialspalts zwischen den einander zugewandten Axialstirnseiten 12, 13 der Außenringteile 4, 5 mit einem Material erfolgen, das die Axialstirnseiten 12, 13 stoffschlüssig miteinander fügt. Als Material, das in 1 nur schematisch eingezeichnet und mit 21 bezeichnet ist, kommen unter anderem Flüssigkleber, eingespritzter Kunststoff oder mittels additiven Verfahren (3D-Druck) eingebrachte Kunststoffe oder Metalle in Betracht.
Alternativ besteht die Möglichkeit, eine stoffschlüssige Verbindung der Außenringteile 4, 5 im axialen Überlappungsbereich 22 der zusammengesteckten Vorsprünge 14, 15 herzustellen, indem diese miteinander verklebt, verlötet oder verschweißt werden.

Claims

Schrägkugellager (1) umfassend einen Außenring, eine Welle (2) und zwei Kugelreihen (8, 9) in O-Anordnung, deren Lagerkugeln (11) innenringfrei auf der Welle (2) abwälzen, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring ein erstes Außenringteil (4) und ein damit gefügtes zweites Außenringteil (5) hat, wobei die erste Kugelreihe (8) auf einer ersten Außenlaufbahn (6) im ersten Außenringteil (4) und auf einer ersten Innenlaufbahn (16) auf der Welle (2) abwälzt, die zweite Kugelreihe (9) auf einer zweiten Außenlaufbahn (7) im zweiten Außenringteil (5) und auf einer zweiten Innenlaufbahn (17) auf der Welle (2) abwälzt, zwischen den Außenringteilen (4, 5) eine die Kugelreihen (8, 9) in die O-Anordnung beaufschlagende Feder (20) eingespannt ist, und folgende Durchmesserbeziehung gilt: - D_H1 < D₁ < d_w + 2 . D - D₂ > d_w + 2 . D mit: D_H1 = Außenhüllkreisdurchmesser der ersten Kugelreihe (8), D₁ = Innendurchmesser des dem zweiten Außenringteil (5) abgewandten Endabschnitts (18) des ersten Außenringteils (4), dw = Außendurchmesser der an die Innenlaufbahnen (16, 17) angrenzenden Abschnitte der Welle (2), D = Durchmesser der Lagerkugeln (11), D₂ = Innendurchmesser des dem ersten Außenringteil (4) abgewandten Endabschnitts (19) des zweiten Außenringteils (5).
Schrägkugellager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllwinkel beider Kugelreihen (8, 9) größer als 190° ist.
Schrägkugellager (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die einander zugewandten Axialstirnseiten (12, 13) der Außenringteile (4, 5) zylindrische Vorsprünge (14, 15) haben, mittels denen die Außenringteile (4, 5) zusammengesteckt sind.
Schrägkugellager (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die einander zugewandten Axialstirnseiten (12, 13) der Außenringteile (4, 5) durch einen Axialspalt voneinander beabstandet sind, der mit einem die Axialstirnseiten (12, 13) stoffschlüssig miteinander fügenden Material (21) befüllt ist.
Schrägkugellager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kugelreihen (8, 9) jeweils sechs oder mehr Lagerkugeln (11) umfassen, wobei für den Durchmesser D und den Außendurchmesser dw die Beziehung gilt: D / dw ≥ 0,5.
Verfahren zur Einstellung des radialen Lagerspiels eines Schrägkugellagers (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerspiel durch Einstellung des axialen Abstands der Außenringteile (4, 5) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 soweit auf Anspruch 3 rückbezogen, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: - Auseinanderdrücken der zusammengesteckten Außenringteile (4, 5) in eine gegenseitige Position, in der die beiden Kugelreihen (8, 9) axialspielfrei sind, - Zusammenschieben der Außenringteile (4, 5) um einen vorbestimmten Weg aus der auseinandergedrückten Position, - Fügen der Außenringteile (4, 5) in der zusammengeschobenen Position.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Fügen der Außenringteile (4, 5) durch Befüllen des Axialspalts mit einem Material (21) erfolgt, das die Axialstirnseiten (12, 13) stoffschlüssig miteinander fügt.