DE102022110310A1

DE102022110310A1 - Axiallageranordnung mit von einem mehrteiligen Lagerkäfig eingefassten Lagerrollen

Info

Publication number: DE102022110310A1
Application number: DE102022110310.2A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Fugel; Frank Schoenstein; Andreas Kirschner
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2022-04-28
Filing date: 2022-04-28
Publication date: 2023-11-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Axiallageranordnung mit mehreren Lagerrollen (1), die von Käfigmitteln zur Bildung eines flachen oder konischen Lagerrings eingefasst sind, umfassend einen ringscheibenförmiger Massivkäfig (4) mit als Lagertaschen ausgebildeten Durchbrüchen (5) zur führenden Aufnahme von zumindest teilweise in Umfangsrichtung verkippten Lagerrollen (1), wobei die Durchbrüche (5) zur gruppierten Aufnahme mehrerer miteinander in Kontakt kommender Lagerrollen (1) vorgesehen sind und derart ausgebildet sind, dass die Rollenachse wenigstens einer der hierin gruppiert angeordneten Lagerrollen (1) die Rotationsachse des Lagerrings passiert, also nicht schneidet.

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.
Insbesondere beim vorstehend genannten Anwendungsfall wird durch einen unsauberen Ablauf der Lagerrollen und somit dem axialen Versatz derselben im Betrieb durch Wechselspannungen auf der anlaufenden Lagerscheibe ein Wandern derselben generiert, was einen unerwünschten Mikroschlupf begünstigt.
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 ein Reibmoment erzeugt wird, um die auftretenden Querkräfte mit den Käfigmitteln zu reduzieren, so dass diese von angrenzenden Bauteilen isoliert werden.
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 einem ringförmigen Massivkäfig mit Durchbrüchen zur führenden Aufnahme verkippter Lagerrollen, die besagten Durchbrüche zur gruppierten Aufnahme mehrerer miteinander in Kontakt kommenden Lagerrollen vorgesehen sind, wobei die Rollenachse wenigstens eine der gruppierten Lagerrollen die Rotationsachse des Lagerrings passiert. Dies bedeutet, dass die besagte Rollenachse nicht die Rotationsachse des Axiallagers schneidet.
Mit anderen Worten wird bei der Anordnung von mehreren Lagerrollen in einem als Lagertasche dienenden Durchbruch bewirkt, dass die Lagerrollen während des Betriebs gleichsinnig zueinander laufen. Im bevorzugten Fall von drei Lagerrollen laufen also alle Lagerollen in dieselbe Richtung, beispielsweise im Uhrzeigersinn. Dabei wird an den Kontaktstellen benachbarter Lagerrollen die gewollte Reibung erzeugt, da sich die Lagerrollen gegenläufig zueinander bewegen. In dem Fall, dass ein Durchbruch und die Lage der hierin angeordneten Lagerrollen gerade realisiert wird, laufen zumindest die äußeren Lagerrollen nicht auf einer optimalen Kreisbahn, sondern stets schräg versetzt, also verkippt hierzu. Hierdurch wird während des Laufs das angestrebte Reibmoment erzeugt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung sind die Rollenachsen der vorzugsweise drei zu einer Gruppe zusammengefassten Lagerrollen achsparallel zueinander ausgerichtet. Insoweit sind die Lagerrollen vorzugsweise als Zylinderrollen ausgebildet.
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.
Zur weiteren Stabilisierung des innenliegenden Massivkäfigs wird vorgeschlagen, dass dieser vorzugsweise innen- und außenradial an Schenkelabschnitten von mindestens einer der vorstehend beschriebenen Käfigringhälften zur Anlage kommt.
Zur Herstellung einer überwiegend formschlüssigen Verbindung zwischen den 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.
In Anpassung an die vorzugsweise zylindrischen Lagerrollen wird vorgeschlagen, dass die Durchbrüche des ringscheibenförmigen Massivkäfigs und die hiermit korrespondierenden Ausnehmungen der mindestens einen Käfigringhälfte rechteckförmig ausgebildet sind. Dabei sind die Ausnehmungen der Käfigringhälfte kleiner bemessen als die Durchbrüche und vorzugsweise mit Querstreben versehen, um die Lagerrollen in den Lagertaschen zu halten.
Gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, die Durchbrüche im Kontaktbereich zur Lagerrolle 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 einen Querschnitt durch den Lagerring gemäß 1 im Schnitt A-A, und
3 einen Teilschnitt durch den Lagerring gemäß 1 im Schnitt B-B.

Gemäß 1 beinhaltet die exemplarische Axiallageranordnung mehrere gruppiert entlang von ringkreisförmigen Käfigmitteln angeordnete Lagerrollen 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 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 4 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 Käfighälften 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 derart zu umschließen, dass zur Gewährleistung der Wälzlagerung die Käfighöhe H kleiner ist als der Rollendurchmesser D der Laufrollen 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 3 dienen die einzelnen Durchbrüche 5 (exemplarisch) im Massivkäfig einer gruppierten Aufnahme von hier drei miteinander in Kontakt kommenden Lagerrollen 1, 1', 1''. Die Rollenachse der beiden äußeren Lagerrollen 1' und 1'' sind dabei derart orientiert, dass diese die Rotationsachse des Lagerrings passieren, also nicht schneiden. Allein die Rotationsachse der mittleren Lagerrolle 1 schneidet bei diesem Ausführungsbeispiel die besagte Rotationsachse des Lagerrings. Dies wird hier durch die achsparallele Anordnung aller Lagerrollen 1,1' und 1'' innerhalb des insgesamt rechteckförmigen Durchbruchs 5 erzielt.
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. Die insoweit gruppierten Lagerrollen können dabei auch verschiedene Durchmesser aufweisen.
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
D: Rollendurchmesser
H: Lagerhöhe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2672131 B1 [0004]
DE 102007024582 A1 [0006]

Claims

Axiallageranordnung mit mehreren Lagerrollen (1), die von Käfigmitteln zur Bildung eines flachen oder konischen Lagerrings eingefasst sind, umfassend einen ringscheibenförmiger Massivkäfig (4) mit als Lagertaschen ausgebildeten Durchbrüchen (5) zur führenden Aufnahme von zumindest teilweise in Umfangsrichtung verkippten Lagerrollen (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrüche (5) zur gruppierten Aufnahme mehrerer miteinander in Kontakt kommender Lagerrollen (1) vorgesehen sind und derart ausgebildet sind, dass die Rollenachse wenigstens einer der hierin gruppiert angeordneten Lagerrollen (1) die Rotationsachse des Lagerrings passiert, also nicht schneidet.
Axiallageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollenachsen der gruppierten Lagerrollen (1) achsparallel zueinander ausgerichtet sind.
Axiallageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der ringscheibenförmige Massivkäfig (4) aus einem Kunststoff, einer Leichtmetalllegierung oder aus einem Stahlmaterial besteht.
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.
Axiallageranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die einander zugewandten Schenkelabschnitte (7, 8; 10,11) 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.
Axiallageranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das der ringscheibenförmige Massivkäfig (4) innen- und außenradial an Schenkelabschnitten (7, 8) von mindestens einer der Käfigringhälften (2) zur Anlage kommt.
Axiallageranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkelabschnitte (7, 8) der ersten Käfigringhälfte (2) von den Schenkelabschnitten (10, 11) der zweiten Käfigringhälfte (3) umfasst sind.
Axiallageranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Schenkelabschnitte (10, 11) des zweiten Käfigringhälfte (3) zur Herstellung einer zumindest formschlüssigen Verbindung mit der ersten Käfigringhälfte (2) einen nach Innen gebogenen Randabschnitt (15) aufweisen.
Axiallageranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrüche (5) des ringscheibenförmigen Massivkäfigs (4) und die hiermit korrespondierenden Ausnehmungen (12, 13) der Käfigringhälften (2, 3) rechteckförmig ausgebildet sind.
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.