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Die vorliegende Erfindung betrifft eine im wesentlichen Axiallageranordnung mit mehreren Lagerrollen, die von mehrteiligen Käfigmitteln zur Bildung eines flachen oder konischen Lagerrings eingefasst sind, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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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.
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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.
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Stand der Technik
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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.
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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.
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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 Lagerkäfig geführt. Der Lagerkäfig weist zur Aufnahme der Lagerrollen je zugeordnete rechteckförmige Ausnehmung auf. Bei dieser Schrägrollenlagerung sind die Lagerrollen jeweils in Radialrichtung angestellt. Zusätzlich sind die Lagerrollen jeweils zur Umfangsrichtung angestellt, um eine möglichst hohe Schwingungsdämpfung im Anwendungsfall einer Federbeinlagerung zu erzielen. Der einstückige Lagerkäfig samt Lagerrollen wirkt bei diesem Stand der Technik mit zusätzlichen - hier ebenfalls konischen - Lagerscheiben zur Bereitstellung der Laufbahnen zusammen.
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Bei vorbekannten Axiallageranordnungen der vorstehend beschriebenen Art ist auf einen minimalen Verschleiß im radialen Anlauf der Lagerrollen am Lagerkäfig zu achten, um eine möglichst hohe Lebensdauer zu erzielen. Insbesondere beim eingangs diskutierten Sandwich-Käfig kann das Problem auftreten, dass infolge hoher Belastungen und Verkippungen die Dauerstabilität der Käfighälften nicht zuverlässig gewährleistet werden kann. Infolgedessen können die aus einem Blechmaterial hergestellten Käfigmittel deformiert oder zerstört werden. Somit erweist sich die Umschlingung der Lagerrollen durch die Käfigmittel bei speziellen Anwendungsfällen insbesondere bei starker Verkippung oder hohem Reibmoment als nicht ausreichend stabil.
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Bei umgeformten mehrteiligen Käfigmitteln der hier interessierenden Art kann es im Zuge des automatisierten Montageprozesses der Wälzkörper in die Käfigmittel vorkommen, dass letztere auf der Montageseite durch das Umformwerkzeug beschädigt werden. Auch an Lagerrollen können sich Montagespuren abzeichnen. Im Betrieb werden die Lagerrollen somit nur noch zu einer Stirnseite der Axiallageranordnung hin ausreichend gehaltert. Die Lagerrollen können auch auf der Stirnseite mit der unzureichenden Halterung aus der Solllage gelangen. Dies führt zu einem so genannten verkanteten Lauf und im ungünstigen Fall zum Ausfall der Lagerstelle wegen fortlaufenden Verschleißes.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Axiallageranordnung der gattungsgemäßen Art dahingehend weiter zu verbessern, dass ein Beschädigungsrisiko während des umformtechnischen Herstellungsprozesses minimiert wird, und dass die Käfigmittel hohen Belastungen und Verkippungen während des Bettriebs standhalten.
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Offenbarung der Erfindung
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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.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die mindestens eine umgeformte Käfigringhälfte ein ringscheibenförmiges Füllelement umschließt, welches die Lagerrollen mit hierfür vorgesehenen Durchbrüchen führend umgibt, und welches durch einen nach innen gebogenen Randabschnitt mindestens eines der Schenkelabschnitte der Käfigringhälfte fixiert ist.
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Mit anderen Worten umgreift also die umgeformte Käfigringhälfte das hiervon eingeschlossene Füllelement in beiden axialen Richtungen. Mit dem innenliegenden Füllelement umfassen die Käfigmittel ein Bauteil, woran die Lagerrollen radial anlaufen. Um eine ungehinderte Drehbewegung der Lagerrollen zu gewährleisten, sind die Durchbrüche gegenüber den Lagerrollen auf Spielpassung gefertigt. Die radialen Anlaufkräfte werden somit nicht direkt in den benachbarten Schenkelabschnitt einer aus einem Blechmaterial umgeformten Käfigringhälfte eingeleitet, sondern über das ringscheibenförmige Füllelement. Hierdurch wird die von den Lagerrollen erzeugte Radiallast der Käfigringhälfte durch das ringscheibenförmige Füllelement getrennt. Dieses nimmt die Radiallast auf und entlastet hierdurch die umgeformte Käfigringhälfte. Das scheibenförmige Füllelement ähnelt dabei einem Massivkäfig.
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Vorzugsweise weist das ringscheibenförmige Füllelement eine außen- und/oder innenumfängliche Kantenausnehmung auf, welche für eine zumindest teilweise Aufnahme des zugeordneten gebogenen Randabschnitts der umgeformten Käfigringhälfte dient. Hierdurch lässt sich insbesondere eine weitestgehend ebene profiloffene Stirnseite der Käfigringmittel trotz gebogenem Randabschnitt erzielen. Infolgedessen kann das Füllelement im Bereich seines die Lagerrollen führenden Durchbruchs mit eine maximalen Führungstiefe des Durchbruchs ausgebildet werden, was wiederum die gewünscht hohe Belastungs- und Verkippungsstabilität weiter erhöht. Falls die Einfassung des Füllelements durch die Käfigringhälfte eventuell nur innenumfänglich erfolgen soll, so ist natürlich eine nur innenumfängliche Kantenausnehmung hinreichend. Vorzugsweise sind jedoch eine außen- und innenumfängliche Kantenausnehmung am Füllelement vorgesehen, um eine maximal stabile beidseitige Einfassung durch die Käfigringhälfte zu erzielen.
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Gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass, von der profiloffenen Stirnseite der umgeformten Käfigringhälfte her, ein das Füllelement abdeckendes zusätzliches Halteblech mit Ausnehmungen aufgebracht ist. Die Ausnehmungen stehen dabei in korrespondierender Einstimmung mit den Durchbrüchen des Füllelements und können demgegenüber auch optional schmaler ausgeführt sein, um ein Herausfallen der Lagerrollen aus dem führenden Durchbruch des Füllelements zu verhindern. Eine solche Verliersicherungsstruktur kann jedoch auch in analoger Weise durch eine entsprechende Formgestaltung der Durchbrüche mit randseitig nach innen gerichteten Anformungen realisiert werden. Das besagte optionale Halteblech kann durch Aufclipsen und/oder Bördeln umformtechnisch an der Käfigringhälfte fixiert sein. Im montierten Zustand wird für die Lagerrollen zu beiden Stirnseiten hin eine aus umgeformtem Blech bestehende Halterung gewährleistet.
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Die Durchbrüche des Füllelements stehen zumindest mit den Ausnehmungen der Käfigringhälfte sowie optional auch mit korrespondierenden Ausnehmungen eines zusätzlichen Halteblechs in vorzugsweise derart fluchtender Übereinstimmung, dass in Umfangsrichtung gesehen, die minimale Breite A eines Durchbruchs im Füllelement und/oder die Breite B einer rechteckförmigen Ausnehmung der Käfigringhälfte kleiner als der Durchmesser der zugeordneten Lagerrolle ist. Hierdurch können die Lagerrollen nicht aus der von den Käfigmitteln gebildeten Haltestrukturen herausfallen. Dabei kann die minimale Breite des Durchbruchs auch - wie vorstehend erörtert - durch eine entsprechende Ausnehmung eines optionalen Halteblechs ersetzt werden. Die vorgehaltene Taschengeomtrie des Halteblechs kann sowohl gerade als auch in einem beliebigen Winkel ausgeführt werden. Entscheidend ist hierbei die Taschenstellung des Füllelements, welches entsprechende Querkräfte aufnehmen soll und die Lagerrollen ihre zugedachte Laufbahn aufzwingt. Somit lassen sich mit der erfindungsgemäßen Lösung auch Axiallageranordnungen mit angestellten Lagerrollen oder Schräglageranordnungen realisieren.
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Gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass das ringscheibenförmige Füllelement vorzugsweise aus einem Kunststoff besteht. Mit dieser Materialwahl ist wegen der Dämpfungseigenschaften auch eine Reduzierung des Lagergeräuschs verbunden. Alternativ kann das scheibenförmige Füllelement auch aus einer Leichtmetalllegierung oder aus einem Stahlmaterial bestehen. Die Materialwahl richtet sich hierbei nach konstruktiven Randbedingungen, wie insbesondere erforderliche Druckfestigkeit, Verschleißeigenschaften, Gewicht und dergleichen. Für das ringscheibenförmige Füllelement kommt eine umformtechnische Herstellung durch Stanzen oder auch eine spritzgießtechnische Herstellung - je nach Materialart - in Betracht. Daneben ist auch ein additives Herstellungsverfahren denkbar.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kommt das ringscheibenförmige Füllelement innen- und außenradial an Schenkelabschnitten der mindestens einen Käfigringhälfte zur Anlage. Hierdurch füllt das ringscheibenförmige Füllelement den durch die Käfigringhälfte gebildeten Käfiginnenraum im Wesentlichen vollständig aus und die Wälzkörperführung wird im Wesentlichen durch dessen Durchbrüche in Verbindung mit der rechteckförmigen Ausnehmung der Käfigringhälfte sichergestellt. In diesem Zusammenhang sei darauf verwiesen, dass die besagten Ausnehmungen nicht im streng geometrischen Sinn rechteckig sein müssen, sondern je nach Ausführung der Lagerrollen an deren Geometrie angepasst sein können. So ist es auch denkbar, dass die rechteckförmigen Ausnehmungen leicht trapezförmig sind, um eine Anpassung an Kegelrollen vorzunehmen. Dasselbe gilt analog auch für Tonnenrollen.
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Gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass die Durchbrüche des ringscheibenförmigen Füllelements im Kontaktbereich zur Lagerrolle mit reibungsminimierenden Oberflächenstrukturierungen versehen sind. Dies gilt insbesondere für den radialen Anlaufbereich der Lagerrollen. Diese Oberflächenstrukturierung, welche beispielsweise als Riffelung, Nutung, Aufrauhung und dergleichen ausgeführt sein kann, minimiert dabei die wirksame Bauteilkontaktfläche. Dabei ist diese Oberflächenstrukturierung natürlich auf die aus der Belastung resultierende Formstabilität abzustimmen. Denkbar ist auch die Integration von Schmiertaschenstrukturen in die Oberflächenstrukturierung, welche einer Schmiermittelbevorratung zur Dauerschmierung der erfindungsgemäßen Axiallageranordnung dienen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist jedem Durchbruch und der hiermit korrespondierenden Ausnehmung eine einzige Lagerrolle zugeordnet. Es ist jedoch auch denkbar, pro Durchbruch und Ausnehmung mehrere, insoweit gruppierte Lagerrollen einzusetzen. Hierbei können auch trennende Stegstrukturen durch den Durchbruch und/oder die Ausnehmung vorgesehen werden.
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Im Falle von gruppierten Lagerrollen können diese auch verschiedene Durchmesser zur Beeinflussung von Lagerschlupf und Lagerreibung aufweisen.
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Ferner sei darauf hingewiesen, dass der nach innen gebogene Randabschnitt der Käfigringhälfte zur Einfassung des Füllelements nicht durchgehend entlang des gesamten Umfangs verlaufen muss, sondern auch nur teilweise, beispielsweise auch in Form von Verstemmungen.
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Ausführungsbeispiel
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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 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Axiallageranordnung mit flachem Lagerring,
- 2 eine perspektivische Ansicht eines von der Käfigringhälfte der Axiallageranordnung gemäß 1 eingefassten ringscheibenförmigen Füllelements in der Ausführungsform für einzelne Zylinderrollen als Lagerrollen,
- 3 einen Teilquerschnitt der Axiallageranordnung gemäß 1, und
- 4 einen Teilschnitt X-X im Bereich einer Lagerrolle gemäß 3.
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Gemäß 1 beinhaltet die exemplarische Lageranordnung mehrere äquidistant zueinander entlang von ringförmigen Käfigmitteln angeordnete Lagerrollen 1, welche hier als Zylinderrollen ausgeführt sind. Die Käfigmittel sind zusammengesetzt aus einer umgeformten Käfigringhälfte 2 und einem hiervon umschlossenen ringförmigen Füllelement 3.
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Gemäß 2 weist das hier als Einzelteil dargestellte und aus Kunststoff bestehende ringscheibenförmige Füllelement 3 entlang des Umfangs verteilte rechteckförmige Durchbrüche 4 auf. Die rechteckförmigen Durchbrüche 4 dienen einer spielpassungsbehafteten Aufnahme von - hier nicht weiter dargestellten - Lagerrollen 1 nach Art eines Massivkäfigs. Jedem Durchbruch 4 des ringscheibenförmigen Füllelements 3 ist bei diesem Ausführungsbeispiel eine Lagerrolle 1 zugeordnet.
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Gemäß 3 umfassen die Käfigmittel zur Einfassung von Lagerrollen 1 (exemplarisch) die Käfigringhälfte 2 mit einem Bodenabschnitt 5, der innen- und außenradial mit hiervon gleichsinnig abgewinkelten Schenkelabschnitten 6 bzw. 7 versehen ist. Der Bodenabschnitt 5 weist mehrere entlang des Umfangs beabstandet zueinander angeordnete rechteckförmige Ausnehmungen 8 zur teilweise Aufnahme je einer Lagerrolle 1 auf.
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Die aus einem Blechmaterial umgeformte Käfigringhälfte 2 umschließt das ringscheibenförmige Füllelement 4. Das Füllelement 4 führt dabei die Lagerrollen innerhalb dessen Durchbrüche. Im dargestellten montierten Zustand wird das ringscheibenförmige Füllelement 4 durch nach innen gebogene Randabschnitte 9 und 10 beider Schenkelabschnitte 6 bzw. 7 fixiert. Zur Aufnahme der gebogenen Randabschnitte 9 und 10 weist das Füllelement 4 innen- bzw. außenumfängliche Kantenausnehmungen 11 bzw. 12 auf. Zusätzlich weisen die Durchbrüche des Füllelements 3 im Kontaktbereich zur Lagerrolle 1 mehrere Schmiertaschen 13 zur Schmiermittelbevorratung auf.
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Gemäß 4 sind die geometrischen Verhältnisse bei dieser exemplarischen Axiallageranordnung so gewählt, dass in Umfangsrichtung gesehen die minimale Breite A des Durchbruchs im Füllelement 3 sowie auch die Breite B der rechteckförmigen Ausnehmung 8 in der Käfigringhälfte 2 kleiner als der Durchmesser D der zugeordneten Lagerrolle ist. Zusätzlich ist die profiloffene Stirnseite der umgeformten Käfigringhälfte 2 mit einem das Füllelement 3 optional abdeckenden Halteblech 14 mit Ausnehmung 15 zur Abdeckung versehen.
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Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Es sind vielmehr auch weitere Abwandlungen denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, mehrere Lagerrollen pro Durchbruch und Ausnehmung vorzusehen, wobei die insoweit gruppierten Lagerrollen auch verschiedene Durchmesser aufweisen können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lagerrolle
- 2
- Käfigringhälfte
- 3
- Füllelement
- 4
- Durchbruch
- 6
- innenradialer Schenkelabschnitt
- 7
- außenradialer Schenkelabschnitt
- 8
- Ausnehmung
- 9
- innenradialer Randabschnitt
- 10
- außenradialer Randabschnitt
- 11
- innenradiale Kantenausnehmung
- 12
- außenradiale Kantenausnehmung
- 13
- Schmiertasche
- 14
- Halteblech
- 15
- Ausnehmung
- D
- Rollendurchmesser
- H
- Käfighöhe
- A
- minimale Breite des Durchbruchs
- B
- Breite der Ausnehmung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2672131 B1 [0004]
- DE 102007024582 A1 [0006]
