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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Axialwälzlager mit in einem Lagerkäfig geführten Wälzkörpern.
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Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf die Kraftfahrzeugtechnik. Großbauende Axialwälzlager der hier interessierenden Art kommen vornehmlich zur Schwenk- oder Drehlagerung von Bauteilen - beispielsweise Spindelwellen - zum Einsatz, welche während des Betriebs einer besonders hohen Axialbelastung ausgesetzt sind, was eine Axiallagerung mit besonders hoher Tragfähigkeit erforderlich macht.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 10 2015 201 485 A1 geht ein doppelreihiges Axialwälzlager der hier interessierenden Art hervor, welches als Axialnadellager ausgeführt ist. Das Axialnadellager besteht im Wesentlichen aus einer Winkelscheibe sowie aus einem in diese Winkelscheibe eingesetzten äußeren Axialnadelkranz und einem koaxial zu diesem angeordneten, ebenfalls in die Winkelscheibe eingesetzten inneren Axialnadelkranz, der ebenso wie der äußere Axialnadelkranz durch einen Axialnadelkäfig und eine Vielzahl in diesem in Umlaufrichtung geführter sowie auf der Winkelscheibe abrollender Lagernadeln gebildet ist. Jeder der beiden als Lagerkäfig fungierenden Axialnadelkäfige besteht aus einer Ringscheibe mit einem W- oder einem H-förmigen Profilquerschnitt. Solche Profilquerschnitte werden im Rahmen der vorliegenden Anmeldung als Sigmaprofile bezeichnet, da der Konturverlauf des Profilquerschnitts dem griechischen Buchstaben Sigma ähnelt; mit Bezug auf das deutsche Alphabet ähnelt der Profilquerschnitt um 90° gedreht dem Buchstaben W oder - von entgegengesetzter Richtung aus betrachtet - dem Buchstaben M. Dabei müssen die Übergänge der Buchstabenflanken nicht in einen spitzen Winkel münden, sondern können auch abgeflacht oder abgerundet sein.
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Der vorstehend zitierte Stand der Technik zeigt die abgeflachte Variante eines Sigmaprofils. Dabei kommt jeder Wälzkörper mit den beiden gegenüberliegenden Stirnflächen an den äußeren Flanken des Sigmaprofils zur Bildung einer Radialführung unter Wahrung einer Spielpassung zur Anlage. Der erhabene Mittelbereich des Sigmaprofils begrenzt die Spielpassung der zwischen benachbarten Sigmaprofilen eingesetzten Wälzkörper dagegen in Umfangsrichtung.
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Der äußere Axialnadelkäfig ist bei dem vorgenannten Stand der Technik formschlüssig mit dem inneren Axialnadelkäfig verbunden, indem ein innenradialer Außenrandabschnitt des äußeren Axialnadelkäfigs in einen äußeren Außenrandabschnitt des inneren Axialnadelkäfigs zum Eingriff kommt. Zu diesem Zweck weisen die beiden miteinander korrespondierenden Randabschnitte eine ineinandergreifende U-Profilierung auf.
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Aus dieser geteilten Konstruktion des doppelreihigen Lagerkäfigs ergibt sich das Erfordernis eines Montageschritts im Rahmen der Bestückung desselben mit den Wälzkörpern. Außerdem sind die U-förmig ineinandergreifenden Randabschnitte derart präzise zu fertigen, dass weder ein die Geometrie der Käfigführung beeinträchtigendes Verklemmen noch ein zu großes Passungsspiel auftritt, um eine Axiallagerung mit hoher Standzeit zu erzielen. Außerdem erfordern die formschlüssigen Befestigungsmittel der miteinander verbundenen Lagerkäfige einen entsprechenden Bauraum, so dass eine Anordnung zweier Wälzkörperkreise nur in einem von diesen Konstruktionsmerkmalen des Lagerkäfigs abhängigen radialen Mindestabstand möglich ist.
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Bei Anwendungsfällen mit zweireihigen Axiallagerkäfigen, in denen beispielsweise zwei Wälzkörper hintereinander in einer Käfigtasche verbaut sind oder in denen Wälzkörper in zwei Nadelkränzen verbaut sind oder in denen in massiven Käfigen zwei Nadelreihen auf verschieden Durchmessern platziert sind, können insbesondere bei größeren Lagerdurchmessern recht hohe Reibmomente und ungünstige Lastverteilungen auftreten.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein großbauend doppelreihiges Axialwälzlager der gattungsgemäßen Art dahingehend weiter zu verbessern, dass dessen montagefreundlicher und materialsparender konstruierter Lagerkäfig mit einem minimalen Bauraum auskommt.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Aufgabe wird durch ein Axialwälzlager gemäß Anspruch 1 gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass ein Axialwälzlager der vorgenannten Art einen einteilig aus einem umgeformten Blechmaterial bestehenden Lagerkäfig aufweist, welcher einen inneren Käfigringbereich und einen koaxial hierum angeordneten äußeren Käfigringbereich besitzt, der über einen im Wesentlichen in Axialrichtung verlaufenden Mittelrandabschnitt derart an den inneren Käfigringbereich angeformt ist, dass der gemeinsame Mittelrandabschnitt stabilisierender Bestandteil beider Käfigringbereiche ist, wobei beide Käfigringbereiche zur Aufnahme der Wälzkörper mit je einem in entgegengesetzte Axialrichtungen weisenden Sigmaprofil versehen sind und derart ausgebildet sind, dass die hiermit eingefassten Wälzkörper in Umfangsrichtung um eine halbe Umfangsteilung gegeneinander versetzt angeordnet sind.
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Mit anderen Worten sind die beiden Wälzkörperreihen so versetzt, dass die Wälzkörper der zweiten Reihe in der Winkelhalbierenden der ersten Reihe platziert sind. Dies hat den Vorteil einer maximal gleichmäßigen Lastverteilung. Relativ kurze Wälzkörper reduzieren zudem den Schlupf signifikant und sind in Verbindung mit einer optimierten Laufbahngeometrie einem vergleichbaren Kugellager in Bezug auf Reibung gleichwertig. Je nach Belastung, Schiefstellung und dergleichen kann bei Bedarf jede Reihe unterschiedlich bestückt werden.
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Gewöhnlich haben Kugellager aufgrund ihrer Bauart mit Innen- und Außenring eine optimale Lastverteilung und sind auch im Reibmoment einem konventionellen Axialwälzlager überlegen. Um diese beiden Nachteile gewöhnlicher Axialwälzlager auszugleichen, kann der erfindungsgemäße zweireihige Axiallagerkäfig mit versetzten Wälzkörpertaschen als Ersatz für ein Kugellager eingesetzt werden. Dieser Vorteil äußert sich insbesondere bei größeren Lagerdurchmessern ab 60 Millimetern.
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Außerdem bildet der gemeinsame Mittelrandabschnitt beider Ringkäfigbereiche des erfindungsgemäß ausgebildeten Axiallagerkäfigs die Voraussetzung dafür, dass der Radialabstand zwischen den beiden Wälzkörperreihen bauraumsparend reduziert werden kann. Die hohe Tragfähigkeit des Axialwälzlagers wird hierdurch nicht beeinträchtigt. Außerdem ist zur Herstellung des erfindungsgemäßen Lagerkäfigs im Vergleich zum eingangs diskutierten Stand der Technik weniger Blechmaterial erforderlich, da das Material zur Bildung der formschlüssig ineinandergreifenden Verbindungsabschnitte entfällt. Stattdessen bildet der gemeinsame Mittelrandabschnitt für den äußeren Ringkäfigbereich einen Innenrandabschnitt und für den inneren Ringkäfigbereich einen Außenrandabschnitt. Wegen der aus der Einstückigkeit des erfindungsgemäßen Lagerkäfigs resultierenden Bauteilsteifigkeit wird die Lagerreibung reduziert, da die erfindungsgemäße Formgebung darüber hinaus auch eine gegenseitige Wälzkörperberührung in Radialrichtung durch den dazwischenliegenden gemeinsamen Mittelrandabschnitt verhindert. Somit können die Wälzkörperreihen auf eine optimale Stegbreite im Fußkreis der jeweiligen Wälzkörperreihe bestimmt werden, um die gewünscht hohe Tragfähigkeit zu realisieren.
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Erfindungsgemäß sind die in zueinander entgegengesetzte Axialrichtungen weisenden Sigmaprofile mit anderen Worten spiegelbildlich zueinander ausgerichtet, so dass die auslaufende Flanke des einen Käfigringbereichs die einlaufende Flanke des benachbarten Käfigringbereichs bildet, welche beide zu dem gemeinsamen Mittelrandabschnitt vereint sind. Somit schließt sich an einem an sich bekannten Sigmaprofil in Radialrichtung direkt ein weiteres umgedrehtes Sigmaprofil an, wobei die benachbarten Randabschnitte den gemeinsamen Mittelrandabschnitt bilden.
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Durch je zwei in Umfangsrichtung zueinander beabstandete und Lagerstege bildende Sigmaprofile, werden Käfigtaschen zur Unterbringung von Wälzkörpern in Form von Nadeln oder Rollen geschaffen. Die hierin eingelegten Wälzkörper werden durch das Sigmaprofil in Umfangsrichtung geführt.
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Die erfindungsgemäße Konstruktion bildet die fertigungstechnische Voraussetzung dafür, dass der funktionsintegrierte Lagerkäfig in einem Folgewerkzeug herstellbar ist, mit welchem der Lagerkäfig für die beiden Käfigringbereiche mit einem einzigen Werkzeughub durch Stanzbiegen herstellbar ist.
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In Anlehnung an den in der Beschreibungseinleitung erörterten Stand der Technik wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung unter einem Sigmaprofil ein Konturverlauf verstanden, der von Radialinnen nach Radialaußen gesehen zunächst mit einem kurzen Radialrandabschnitt beginnt, der in einen sich im Wesentlichen in Axialrichtung erstreckenden aufsteigenden Flankenabschnitt übergeht. Dem folgt ein weiterer radial verlaufender Gipfelabschnitt, der in einen absteigenden Flankenabschnitt übergeht, welcher vorzugsweise dieselbe Länge wie der aufsteigende Flankenabschnitt aufweist. Dem schließt sich wiederum ein kurzer Radialabschnitt an. Die beidseits des Sigmaprofils ausgebildeten kurzen Radialabschnitte gehen in je zugeordnete im Wesentlichen axial verlaufende Randabschnitte über, von denen einer der axialen Randabschnitte der Mittelrandabschnitt ist.
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Die zwei spiegelbildlich zueinander ausgerichteten Sigmaprofile greifen mit den einander zugewandten kurzen Radialabschnitten an je einem Ende des im Wesentlichen axial verlaufenden gemeinsamen Mittelrandabschnitts an.
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Außer dem gemeinsamen Mittelrandabschnitt weist der erfindungsgemäße Lagerkäfig gemäß einer bevorzugten Ausführungsform seitens des äußeren Käfigringbereichs einen außenumfänglichen ebenfalls in Axialrichtung verlaufenden Außenrandabschnitt auf, der vorzugsweise an die äußeren Radialrandabschnitte der Sigmaprofile angeformt ist. Analog hierzu weist gemäß der bevorzugten Ausführungsform auch der innere Käfigringbereich einen innenumfänglichen in Axialrichtung verlaufenden Innenrandabschnitt auf, der vorzugsweise an die inneren Radialrandabschnitte der Sigmaprofile angeformt ist. Die drei jeweils in Axialrichtung ausgerichteten Randabschnitte, nämlich der Innenrandabschnitt, der Mittelrandabschnitt sowie der Außenrandabschnitt, tragen zu einer hohen Steifigkeit des Lagerkäfigs bei und weisen in etwa dieselbe Profilhöhe auf, wovon die Wälzkörper natürlich zumindest geringfügig hervorstehen, um die Wälzlagerung zu realisieren.
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Der erfindungsgemäß ausgebildete Lagerkäfig lässt sich mit weiteren Anbaumöglichkeiten versehen, um vorbekannte gleichartige Lagerkäfige unterschiedlichster Gestalt zu ersetzen. So kann beispielsweise der lagerseitige Innen- und/oder Außenrandabschnitt mit einem hieran angeformten Scheibenverlängerungsabschnitt zur Durchmesseranpassung versehen werden. Ein solcher Scheibenverlängerungsabschnitt kann dabei flach oder vorzugsweise randseitig abgewinkelt geformt sein.
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Vorzugsweise kommt der erfindungsgegenständliche Lagerkäfig im Rahmen eines Axialwälzlagers zum Einsatz, dessen Wälzkörper in Form von Rollen oder Nadeln ausgeführt sind, so dass ganz vorzugsweise hiermit ein doppelreihiges Axialnadellager realisiert werden kann.
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Die Laufbahnen für die Wälzkörper können sowohl in separaten Axiallagerhälften, beispielsweise gehärteten Axiallagerscheiben, eingebracht sein; es ist jedoch auch denkbar, dass die Laufbahnen als integraler Bestandteil der axial zu lagernden Bauelementende ausgebildet sind, beispielsweise als Stirnfläche einer axial zu lagernden Welle in Verbindung mit einer Bodenfläche einer hierzu korrespondierenden Gehäuseausnehmung. Auch Mischformen sind denkbar.
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Figurenliste
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
- 1 einen perspektivischen Teilschnitt durch ein Axialwälzlager ohne separate Axiallagerscheiben,
- 2 eine Draufsicht auf das teilweise dargestellte Axialwälzlager nach 1.
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Gemäß 1 besteht ein Axialwälzlager mit zwei nebeneinanderliegenden Wälzkörperringen im Wesentlichen aus mittels Lagerkäfig 1 geführten Wälzkörpern 2a, 2b (exemplarisch), wobei der Lagerkäfig 1 eine erste, äußere Reihe von Wälzkörpern 2a sowie eine hiervon eingeschlossene zweite, innere Reihe von Wälzkörpern 2b aufnimmt und führt. Die Wälzkörper 2a und 2b sind bei diesem Ausführungsbeispiel als Nadeln ausgebildet, so dass dieses Axialwälzlager ein Axialnadellager darstellt.
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Es versteht sich von selbst, dass der hier nur ausschnittsweise gezeigte Lagerkäfig 1 zu einer geschlossenen Kreisform ausgebildet ist.
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Der integrierte Lagerkäfig 1 vereint einen äußeren Käfigringbereich 3a und einen koaxial hiervon umgebenden inneren Käfigringbereich 3b. Ein in Axialrichtung verlaufender Mittelrandabschnitt 4 bildet dabei den Übergangsbereich zwischen dem äußeren Käfigringbereich 3a und dem inneren Käfigringbereich 3b. Der insoweit gemeinsame axial gerichtete Mittelrandabschnitt 4 ist damit Bestandteil beider Käfigringbereiche 3a und 3b.
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Zur Aufnahme der Wälzkörper 2a; 2b sind die beiden Käfigringbereiche 3a und 3b mit je einem Sigmaprofil 6a beziehungsweise 6b versehen, welche in entgegengesetzte Axialrichtungen weisend ausgeführt sind. Neben dem in Axialrichtung verlaufenden Mittelrandabschnitt 4 weist der Lagerkäfig 1 seitens des äußeren Käfigringbereiches 3a außerdem einen außenumfänglichen ebenfalls in Axialrichtung verlaufenden Außenrandabschnitt 7 sowie seitens des inneren Käfigringbereichs 3b einen innenumfänglichen in Axialrichtung verlaufenden Innenrandabschnitt 8 auf.
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Der Konturverlauf eines exemplarischen insbesondere am Schnittprofil des äußeren Käfigringbereich 3a erkennbaren Sigmaprofils beginnt von Radialinnen nach Radialaußen gesehen zunächst mit einem kurzen Radialrandabschnitt 9, der in einen sich im Wesentlichen in Axialrichtung erstreckenden aufsteigenden Flankenabschnitt übergeht. Dem folgt ein weiterer radial verlaufender Gipfelabschnitt 10, der in einen absteigenden Flankenabschnitt übergeht, welcher in diesem Ausführungsbeispiel dieselbe Länge wie der aufsteigende Flankenabschnitt aufweist. Dem schließt sich wiederum ein kurzer Radialabschnitt 11 an. Die beidseits jedes Sigmaprofils ausgebildeten kurzen Radialabschnitte 9 und 11 gehen in je zugeordnete im Wesentlichen axial verlaufende Randabschnitte über, und zwar in den Innen- bzw. Außenrandabschnitt 8;7 und den Mittelrandabschnitt 4.
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Gemäß der Draufsicht nach 2 sind die stegbildenden Sigmaprofile 6a des äußeren Käfigringbereichs gegenüber den stegbildenden Sigmaprofilen 6b des inneren Käfigringbereichs in Umfangsrichtung um eine halbe Umfangsteilung α1/2 gegeneinander versetzt angeordnet.
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Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, eine andere Wälzkörperform zu verwenden. Ferner sei darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemäße Axialwälzlager mit separaten Axiallagerscheiben als Axiallagerhälften, aber auch ohne diese verwendet werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lagerkäfig
- 2
- Wälzkörper
- 3
- Käfigringbereich
- 4
- Mittelrandabschnitt
- 6
- Sigmaprofil
- 7
- Außenrandabschnitt
- 8
- Innenrandabschnitt
- 9
- Radialrandabschnitt
- 10
- Gipfelabschnitt
- 11
- Radialrandabschnitt
- α1/2
- halbe Umfangsteilung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015201485 A1 [0003]
