DE102022110308A1 - Axiallageranordnung mit von einem mehrteiligen Lagerkäfig eingefassten Lagerrollen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Axiallageranordnung mit mehreren Lagerrollen (1, 1', 1''), die von Käfigmitteln zur Bildung eines flachen oder konischen Lagerrings eingefasst sind, umfassend einen ringscheibenförmigen Massivkäfig (4) mit Durchbrüchen (5) zur führenden Aufnahme von zumindest teilweise in Umfangsrichtung verkippten Lagerrollen (1, 1', 1''), wobei mindestens eine der Lagerrollen (1) einen anderen Durchmesser als die übrigen Lagerrollen (1', 1'') aufweist.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine im wesentlichen Axiallageranordnung mit mehreren Lagerrollen, die von Käfigmitteln zur Bildung eines flachen oder konischen Lagerrings eingefasst sind, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
• Das Einsatzgebiet der vorliegenden Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf die Kraftfahrzeugtechnik. So kommen beispielsweise im Bereich von Hinterachslenkungen oder Federbeinabstützungen Axial- oder Schräglageranordnungen zum Einsatz, welche relativ langsame Drehbewegungen oder Schwenkbewegungen von Bauteilen gegenüber einem ortsfesten Gehäuse beziehungsweise einer Tragstruktur in vornehmlicher Axialrichtung abstützen. Dabei umfasst eine Axiallageranordnung der hier interessierenden Art neben flachen Lagerringen zur reinen Axiallagerung auch konische Lagerringe, welche daneben auch einen Radiallageranteil aufweisen.
• Im Sinne der vorliegenden Anmeldung kommen als Lagerrollen neben Zylinderrollen auch Kegelrollen oder Tonnenrollen in Betracht. Eine erfindungsgegenständliche Axiallageranordnung umfasst zumindest mehrere von einem Lagerkäfig eingefasste Lagerrollen. Zusätzlich kann die Axiallageranordnung auch zumindest eine Axiallagerscheibe mit umfassen, welche eine Laufbahn für die hieran abrollenden Lagerrollen bereitstellt. Laufbahnen können jedoch auch direkt vom angrenzenden, axial zu lagernden Bauteil bereitgestellt werden, so dass in diesem Falle auf eine separate Axiallagerscheibe verzichtet werden kann. Die hier interessierenden Axiallageranordnungen besitzen weitestgehend umformtechnisch hergestellte Lagerteile, insbesondere weitestgehend umformtechnisch hergestellte Käfigmittel. Denn moderne Umformverfahren bieten die fertigungstechnische Voraussetzung dafür, Lagerteile einfach und präzise spanlos aus einem Blechmaterial durch Biegen, Stanzen, Tiefziehen, Prägen und dergleichen herzustellen.
• Stand der Technik
• Aus der EP 2 672 131 B1 geht eine Axiallageranordnung mit weitgehend umformtechnisch hergestellten Käfigmitteln in verschiedenen Ausführungsformen hervor. Der Lagerkäfig ist dabei als ein sogenannter Sandwich-Käfig ausgeführt und umfasst insoweit mindestens zwei aus einem Blechmaterial umgeformte Käfigringhälften sowie - bei einigen Ausführungsformen - darüber hinaus auch umgeformte Axiallagerscheiben.
• Die aus einem Blechmaterial umgeformten Käfigringhälften sind seitens des jeweiligen Bodenabschnitts mit entlang des Umfangs beabstandet zueinander angeordneten rechteckförmigen Ausnehmungen versehen. Diese rechteckförmigen Ausnehmungen dienen zur teilweise Aufnahme mindestens je einer Lagerrolle, so dass zur Gewährleistung der Wälzlagerung die Käfighöhe im montierten Zustand kleiner ist als der Rollendurchmesser der Lagerrollen. Die Käfigringhälften sind über innen- und außenradial vom Bodenabschnitt gleichsinnig abgewinkelte, ein U-Profil ergebende Schenkelabschnitte miteinander montiert, indem diese direkt oder indirekt ineinandergreifen. Da die Lagerrollen bei diesem Stand der Technik über nach außen gewölbte Stirnflächen verfügen, können diese reibungsminimal direkt an zugeordneten Schenkelabschnitten der Käfigringhälften radial anlaufen.
• Aus der DE 10 2007 024 582 A1 geht eine Axiallageranordnung in der Bauform eines konischen Lagerrings hervor. Neben der überwiegenden Axiallagerkomponente lässt sich durch die Schrägstellung auch eine Radiallagerkomponente abstützen. Die zylindrischen Lagerrollen werden hier durch einen einstückigen sogenannten Massivkäfig geführt. Der Massivkäfig weist zur Aufnahme der Lagerrollen je zugeordnete rechteckförmige Ausnehmung auf. Bei dieser Schrägrollenlagerung sind die Lagerrollen jeweils in Radialrichtung angestellt oder verkippt. Zusätzlich sind die Lagerrollen jeweils zur Umfangsrichtung angestellt oder verkippt, um eine möglichst hohe Schwingungsdämpfung im Anwendungsfall einer Federbeinlagerung zu erzielen. Der Massivkäfig samt Lagerrollen wirkt bei diesem Stand der Technik mit zusätzlichen - hier ebenfalls konischen - Lagerscheiben zur Bereitstellung der Laufbahnen zusammen.
• Besondere Anwendungsfälle - beispielsweise auch Axiallagerungen von elektrischen Achslenkungen - erfordern spezielle Axiallageranordnungen mit einer definierten Lagerreibung zwecks Schwingungsdämpfung.
• Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Axiallageranordnung der gattungsgemäßen Art dahingehend weiter zu verbessern, dass mit einfachen technischen Mitteln während des Betriebs lastunabhängig ein definiertes Reibmoment möglichst konstant aufrechterhalten werden kann.
• Offenbarung der Erfindung
• Die Aufgabe wird ausgehend von einer Axiallageranordnung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
• Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass bei einer Axiallageranordnung mit einem ringscheibenförmigen Massivkäfig mit Durchbrüchen zur führenden Aufnahme von zumindest teilweise in Umfangsrichtung verkippten Lagerrollen mindestens eine der Lagerrollen einen anderen Durchmesser als die übrigen Lagerrollen aufweist. Dabei kann die erfindungsgemäße Axiallageranordnung sowohl in Form eines flachen als auch eines konischen Lagerrings ausgebildet sein.
• Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass sich durch den speziellen Durchmesserunterschied ein hinreichend homogener - idealerweise konstanter - Reibmomentenverlauf bei unterschiedlichen Lasten erzeugen lässt.
• Vorzugsweise sind die Durchbrüche für eine gruppierte Aufnahme mehrerer achsparallel miteinander in Kontakt kommenden Lagerrollen vorgesehen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind in mindestens einem der Durchbrüche des Massivkäfigs genau drei Lagerrollen gruppiert angeordnet, von denen vorzugsweise die mittlere Lagerrolle einen größeren Durchmesser als die beidseitig benachbarten Lagerrollen aufweist. Diese vorzugsweise drei Lagerrollen sollten auf einem identischen Teilkreisdurchmesser geführt werden, wozu der Durchbruch in drei gestufte Teilabschnitte unterteilt werden kann. Hierdurch ergibt sich ein axialer Versatz der gruppierten Lagerrollen zueinander.
• Eine definierte Lagerreibung kann in einfacher Weise dadurch verstärkt werden, dass die Rollenachse mindestens einer der gruppierten Lagerrollen die Lagerachse der Axiallageranordnung schneidet, wohingegen die Rollenachsen mindestens einer weiteren Lagerrolle die Lagerachse passiert, also nicht schneidet. Im Hinblick auf die vorstehend erläuterte bevorzugte Ausführungsform kann insbesondere die mittlere Lagerrolle derart ausgerichtet sein, dass deren Rollenachse die Lagerachse schneidet, wohingegen die beidseits benachbarten Lagerrollen so ausgerichtet sind, dass die Rollenachsen die Lagerachse nicht schneidet.
• Hinsichtlich der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung kann diese derart realisiert werden, dass die mittleren Lagerrollen in einer Standard-Sortierung ausgeführt sind, wohingegen die beidseits benachbarten Lagerrollen einen um 4 bis 20 µm kleineren Durchmesser aufweisen. Die exakte Sortierung sollte dabei auf das gewünschte Lager-Reibmoment eingestellt werden. Ferner sollte auch die Wölbung optional angrenzender Axiallagerscheiben mit berücksichtigt werden, indem beispielsweise bei der Anforderung eines geringen Reibmoments, eine hohe Wölbung der Axiallagerscheiben und der Verbau relativ kleiner Rollendurchmesser in Betracht kommt. Dabei ist auch zu beachten, dass die gegenseitige Berührung der gruppiert angeordneten Lagerrollen untereinander das Lager-Reibmoment wesentlich bestimmt.
• Der ringscheibenförmige Massivkäfig, der eine flache oder konische, also getellerte Gestalt aufweisen kann, besteht vorzugsweise aus einem Kunststoff und lässt sich somit in einfacher Weise umformtechnisch durch Spritzgießen oder dergleichen herstellen. Daneben ist es jedoch auch denkbar, den Massivkäfig aus einer Leichtmetalllegierung oder aus einem Stahlmaterial herzustellen, um je nach Anwendungsfall eine höhere Bauteilstabilität zu erzielen.
• Um insbesondere bei der Verwendung eines aus Kunststoff bestehenden Massivkäfigs die Stabilität der erfindungsgemäßen Axiallageranordnung zu erhöhen, wird gemäß einer anderen die Erfindung weiter verbessernden Maßnahme vorgeschlagen, dass die Käfigmittel außerdem eine aus einem Blechmaterial umgeformte erste Käfigringhälfte mit einem ersten Bodenabschnitt umfassen, der innen- und/oder außenradial mit hiervon gleichsinnig abgewinkelten ersten Schenkelabschnitten versehen ist. Der Massivkäfig wird hiervon stabilisierend eingefasst. Ganz vorzugsweise ist zusätzlich eine aus einem Blechmaterial umgeformte zweite Käfigringhälfte mit einem zweiten Bodenabschnitt vorgesehen, der ebenfalls innen- und/oder außenradial mit hiervon gleichsinnig abgewinkelten zweiten Schenkelabschnitten versehen ist. Die ersten und zweiten Bodenabschnitte weisen entlang des Umfangs beabstandet zueinander angeordnete und bezüglich der gegenüberliegenden Bodenabschnitte zueinander und mit den Durchbrüchen des Massivkäfigs fluchtende Ausnehmungen auf, aus denen die Lagerrollen hervortreten, um funktionsgerecht mit der zugeordneten Laufbahn des angrenzenden Bauteils in Rollkontakt zu kommen.
• In diesem Falle wird vorgeschlagen, dass die einander zugewandten Schenkelabschnitte beider Käfigringhälften zumindest formschlüssig ineinandergreifend montiert sind, um die überwiegenden innenliegenden Lagerrollen derart zu umschließen, dass zur Gewährleistung der Wälzlagerung die Käfighöhe H kleiner als der Rollendurchmesser D der Lagerrollen ist. Hieraus ergibt sich eine vormontierte Baueinheit, bei welcher der innenliegende Massivkäfig vorzugsweise innen- und außenradial an Schenkelabschnitten von mindestens einer der beiden beschriebenen Käfigringhälften zur Anlage kommt. Zur Herstellung einer überwiegend formschlüssigen Bauteilverbindung zwischen den den Massivkäfig einfassenden Käfigringhälften können die äußeren Schenkelabschnitte einer der Käfigringhälften mit einem nach innen gebogenen Randabschnitt ausgeführt werden. Hiervon wird die innenliegende Käfigringhälfte umfasst, so dass die Baueinheit in einfacher Weise verliergesichert ist.
• Gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, die Durchbrüche des Massivkäfigs im stirnseitigen Kontaktbereich zur Lagerrollen mit einer reibungsminimierenden Oberflächenstrukturierung zu versehen, welche mindestens eine Schmiertasche zur Schmiermittelbevorratung zwecks Dauerschmierung umfassen kann.
• Ausführungsbeispiel
• Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
• 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Axiallageranordnung mit flachem Lagerring,
• 2 eine Detailvergrößerung aus der Axiallageranordnung gemäß 1 im Bereich gruppierter Lagerrollen,
• 3 einen Querschnitt durch den Lagerring gemäß 1 im Schnitt A-A, und
• 4 einen Teilschnitt durch den Lagerring gemäß 1 im Schnitt B-B.
• Gemäß 1 beinhaltet die exemplarische Axiallageranordnung mehrere gruppiert entlang von kreisringförmigen Käfigmitteln angeordnete Lagerrollen 1,1' und 1", welche hier als Zylinderrollen ausgeführt sind. Die Käfigringmittel sind zusammengesetzt aus einer äußeren ersten Käfigringhälfte 2 und einer äußeren zweiten Käfigringhälfte 3, hier verdeckt.
• Gemäß 2 schneidet die Rollenachse R der mittleren Lagerrolle 1 der dargestellten gruppierten Lagerrollenanordnung die Lagerachse der Axiallageranordnung; diese verläuft also in Radialrichtung. Die Rollenachsen der beidseits benachbarten Lagerrollen 1' und 1'' passieren dagegen die Lagerachse der Axiallageranordnung. Dies wird dadurch erreicht, dass die Rollenachsen aller Lagerrollen 1, 1' und 1'' parallel zueinander verlaufen.
• Bei dieser Ausführungsform weist die mittlere Lagerrolle 1 einen geringfügig größeren Durchmesser als die beidseitig benachbarten Lagerrollen 1' und 1" auf, um eine definierte Lagerreibung einzustellen. Die dargestellt gruppierten Lagerrollen 1, 1' und 1" sind in Axialrichtung zueinander versetzt angeordnet.
• Gemäß dem in 3 dargestellten Schnitt A-A beinhalten die montierten Käfigringhälften 2 und 3 zusätzlich einen ringscheibenförmigen Massivkäfig 4, welcher in dieser Anordnung als eine Art Füllelement dient. Der Massivkäfig 4 besteht aus Kunststoff und weist rechteckförmige Durchbrüche 5 zur spielpassungsbehafteten Aufnahme der Lagerrollen 1 auf. Die den Massivkäfig einfassenden Käfigringhälften 2 und 3 sind als Stanzbiegeteile aus einem Blechmaterial gefertigt.
• Die erste Käfigringhälfte 2 ist mit einem ersten Bodenabschnitt 6 versehen, von dem aus innen- und außenradial gleichsinnig abgewinkelte erste Schenkelabschnitte 7 bzw. 8 ausgehen. Analog hierzu, ist die zweite Käfigringhälfte 3 mit einem zweiten Bodenabschnitt 9 mit innen- und außenradial hiervon gleichsinnig abgewinkelten zweiten Schenkelabschnitten 10 bzw. 11 versehen.
• Im ersten und zweiten Bodenabschnitt 6 und 9 der zugeordneten Käfigringhälften 2 bzw. 3 sind zueinander fluchtende, querverstrebte rechteckförmige Ausnehmungen 12 bzw. 13 zur teilweise Aufnahme der Lagerrolle 1 eingebracht. Im dargestellten montierten Zustand sind die einander zugewandten Schenkelabschnitte 7, 8 und 10, 11 beider Käfigringhälften 2 und 3 form- und kraftschlüssig ineinander montiert, um die überwiegend innenliegenden Lagerrollen 1,1' und 1" derart zu umschließen, dass zur Gewährleistung der Wälzlagerung die Käfighöhe H kleiner ist als der Rollendurchmesser D der größten Laufrolle 1.
• Der exemplarische Durchbruch 5 des Massivkäfigs 4 weist im radialen Kontaktbereich zur Lagerrolle 1 ferner eine reibungsminimierende Oberflächenstrukturierung auf, welche hier mehrere Schmiertaschen 14 (exemplarisch) zur Schmiermittelbevorratung umfasst. Die äußeren Schenkelabschnitte 10 und 11 der zweiten Käfigringhälfte 3 weisen zur Herstellung einer zumindest formschlüssigen Verbindung mit der ersten Käfigringhälfte 2 einen nach innen gebogenen Randabschnitt 15 auf.
• Nach dem in 4 dargestellten Schnitt B-B dienen die einzelnen Durchbrüche 5 (exemplarisch) im Massivkäfig der gruppierten Aufnahme der bei diesem Ausführungsbeispiel insgesamt drei miteinander in Kontakt kommenden Lagerrollen 1,1' und 1". Dabei weist die mittlere Lagerrolle 1 einen größeren Durchmesser als die benachbarten Lagerrollen 1' und 1" auf.
• 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, mehr oder weniger als drei Lagerrollen pro Durchbruch des ringscheibenförmigen Massivkäfigs 4 vorzusehen.
• Bezugszeichenliste

1

Lagerrolle

2

erste Käfigringhälfte

3

zweite Käfigringhälfte

4

Massivkäfig

5

Durchbruch

6

erster Bodenabschnitt

7

erster innenradialer Schenkelabschnitt

8

erster außenradialer Schenkelabschnitt

9

zweiter Bodenabschnitt

10

zweiter innenradialer Schenkabschnitt

11

zweiter außenradialer Schenkelabschnitt

12

erste Ausnehmung

13

zweite Ausnehmung

14

Schmiertasche

15

Randabschnitt

R

Rollenachse

D

Rollendurchmesser

H

Lagerhöhe

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• EP 2672131 B1 [0004]
• DE 102007024582 A1 [0006]

Claims (10)

1. Axiallageranordnung mit mehreren Lagerrollen (1, 1', 1"), die von Käfigmitteln zur Bildung eines flachen oder konischen Lagerrings eingefasst sind, umfassend einen ringscheibenförmigen Massivkäfig (4) mit Durchbrüchen (5) zur führenden Aufnahme von zumindest teilweise in Umfangsrichtung verkippten Lagerrollen (1, 1', 1''), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Lagerrollen (1) einen anderen Durchmesser als die übrigen Lagerrollen (1', 1'') aufweist.
2. Axiallageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrüche (5) zur gruppierten Aufnahme mehrerer achsparallel miteinander in Kontakt kommender Lagerrollen (1, 1', 1'') vorgesehen sind.
3. Axiallageranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollenachse (R) mindestens einer der gruppierten Lagerrollen (1) die Lagerachse schneidet und die Rollenachse mindestens einer weiteren Lagerrolle (1', 1'') die Lagerachse passiert.
4. Axiallageranordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einem der Durchbrüche () drei Lagerrollen (1, 1', 1'') gruppiert angeordnet sind, von denen die mittlere Lagerrolle (1) einen größeren Durchmesser als die beidseitig benachbarten Lagerrollen (1', 1'') aufweist.
5. Axiallageranordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die gruppierten Lagerrollen (1, 1', 1'') in Axialrichtung zueinander versetzt angeordnet sind.
6. Axiallageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Käfigmittel weiterhin umfassen: - eine aus einem Blechmaterial umgeformte erste Käfigringhälfte (2) mit einem ersten Bodenabschnitt (6), der innen- und/oder außenradial mit hiervon gleichsinnig abgewinkelten ersten Schenkelabschnitten (7, 8) versehen ist, - eine aus einem Blechmaterial umgeformte zweite Käfigringhälfte (3) mit einem zweiten Bodenabschnitt (9), der innen- und/oder außenradial mit hiervon gleichsinnig abgewinkelten zweiten Schenkelabschnitten (10, 11) versehen ist, wobei - im ersten und zweiten Bodenabschnitt (6, 9) jeweils entlang des Umfangs beabstandet zueinander angeordnete und bezüglich der gegenüberliegenden Bodenabschnitte (6, 9) zueinander und mit den Durchbrüchen (5) des Massivkäfigs (4) fluchtende Ausnehmungen (12, 13) aufweisen.
7. Axiallageranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die einander zugewandten Schenkelabschnitte (7,8; 9, 10) beider Käfigringhälften (2, 3) zumindest formschlüssig ineinandergreifend montiert sind, um die überwiegend innenliegenden Lagerrollen (1) derart zu umschließen, dass zur Gewährleistung der Wälzlagerung die Käfighöhe (H) kleiner als der Rollendurchmesser (D) der Lagerrollen (1) ist.
8. Axiallageranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Schenkelabschnitte (9, 10) des zweiten Käfigringhälfte (3) zur Herstellung einer zumindest formschlüssigen Verbindung mit der ersten Käfigringhälfte (2) einen nach Innen gebogenen Randabschnitt (15) aufweisen.
9. Axiallageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrüche (5) im Kontaktbereich zur Lagerrolle (1) eine reibungsminimierende Oberflächenstrukturierung aufweisen, die mindestens eine Schmiertasche (14) zur Schmiermittelbevorratung umfasst.
10. Axiallageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der ringscheibenförmige Massivkäfig (4) aus einem Kunststoff, einer Leichtmetalllegierung oder aus einem Stahlmaterial besteht.

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