DE102022110319A1

DE102022110319A1 - Axiallageranordnung mit von einem einteiligen Massivkäfig eingefassten Lagerrollen

Info

Publication number: DE102022110319A1
Application number: DE102022110319.6A
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 (3), die von einem einteiligen Massivkäfig (1) zur Bildung eines vorzugsweise Schräg-Axiallagers eingefasst sind, wobei der Massivkäfig (1) mit mehreren entlang des Umfangs verteilt angeordneten und durch radiale Stege (4) voneinander getrennten Durchbrüchen (2) zur Unterbringung der Lagerrollen (3) versehen ist, wobei die überwiegend innenliegend untergebrachten Lagerrollen (3) derart vom Massivkäfig (1) umschlossen sind, dass die Käfighöhe (H) kleiner als der Rollendurchmesser (D) der Lagerrollen (3) ist, wobei an mindestens einer der Stirnflächen (9a, 9b) des Massivkäfigs (1) hiervon erhaben hervorstehende Anschlagnocken (8) zur im wesentlichen axialen Abstandshaltung zur angrenzenden Laufbahn (7) und/oder zum Verkippungsschutz des Massivkäfigs (1) angeformt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine im wesentlichen Axiallageranordnung mit mehreren Lagerrollen, die von einem einteiligen Massivkäfig zur Bildung eines vorzugsweise Schräg-Axiallagers 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 Schräg-Axiallageranordnungen 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 insbesondere konische oder getellerte 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 gattungsgemäße Axiallageranordnung in der Bauform eines konischen Lagerrings mit Massivkäfig 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 ringförmige Massivkäfig samt Lagerrollen wirkt bei diesem Stand der Technik mit zusätzlichen - hier ebenfalls konischen - Lagerscheiben zur Bereitstellung der Laufbahnen zusammen.
Bei vorbekannten Axiallageranordnungen der vorstehend beschriebenen Art ist sicherzustellen, dass sich die Käfigmittel stets in der Solllage befinden, also möglichst verkippungs- und verschleißfrei funktionieren. Insbesondere bei einer hier interessierenden Ausführung der Käfigmittel als Massivkäfig und der Ausbildung der Axiallagerung als Schräg-Axiallager können Belastungssituationen auftreten, welche eine Verkippung des Massivkäfigs aus einer Solllage heraus fördern, so dass dieser im ungünstigsten Fall unter extremer Schieflage auch mit Laufbahnen für die Lagerrollen an Axiallagerscheiben oder dergleichen in Kontakt kommen kann.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Axiallageranordnung der gattungsgemäßen Art dahingehend weiter zu verbessern, dass die vom einstückigen Massivkäfig geführten Lagerrollen hierin mit einfachen technischen Mitteln derart zuverlässig geführt werden, dass der Massivkäfig verkippungsarm in der eine optimale Lagerrollenführung gewährleistenden Solllage gehalten wird.
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 an mindestens einer der Stirnflächen des Massivkäfigs hiervon erhaben hervorstehende Anschlagnocken zur im Wesentlichen axialen Abstandshalterung zu einer angrenzenden Laufbahn und/oder zum Verkippungsschutz des Massivkäfigs angeformt sind.
Mit anderen Worten sind am Massivkäfig an den den Laufbahnen zugewandten Stirnflächen Anschlagnocken angeformt, welche sich in Richtung des die Laufbahn bildenden Bauteils, vorzugsweise Laufscheiben, erstrecken, diese jedoch im Normalfall nicht berühren. Nur bei ungünstigen Belastungssituationen der Axiallageranordnung, insbesondere der Bauform eines Schräg-Axiallagers, welche ein Kippmoment auf den Massivkäfig verursachen würden, verhindern die Anschlagnocken eine entsprechende Ausweichbewegung des Massivkäfigs. Hierdurch bleiben die Führungseigenschaften des Massivkäfigs gegenüber den hiermit eingefassten Lagerrollen weitestgehend erhalten. Die erfindungsgemäßen stirnflächenseitigen Anschlagnocken gewährleisten einen gleichbleibenden Abstand zwischen dem Massivkäfig zu den Laufbahnen, so dass dieser bei maximal axialer Endlage der Laufrollen nicht mit der Laufbahn vollflächig in Berührung kommt.
Vorzugsweise werden die angeformten Anschlagnocken per Umformen plastisch aus dem Material des Massivkäfigs verdrängt. Insbesondere eignet sich hierfür ein Fließpressschritt, vorzugsweise durch Napfen. Damit kann die Herstellung des Massivkäfigs, der vorzugsweise aus einem Metallblech als Halbzeug hergestellt ist, konsequent umformtechnisch erfolgen. Denn die Formgebung lässt sich im Wesentlichen spanungsfrei durch Stanzen realisieren. Der für die Formgebung der Anschlagnocken zusätzlich erforderliche Umformschritt kann dabei effizienter Weise in ein Folgewerkzeug mit integriert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass insbesondere zum Verkippungsschutz für ein Schräg-Axiallager die Anschlagnocken wechselseitig innen- und außenradial des Massivkäfigs angeordnet sind. Hierdurch sind die Anschlagnocken bei dieser Ausführungsform genau dort platziert, wo unerwünschte Belastungen eine Verkippung des Massivkäfigs bewirken würden. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Anschlagnocken auch nach langer Gebrauchsdauer der Axiallageranordnung die optimale Position des Massivkäfigs gewährleisten. Je nach Belastungssituation ist es jedoch auch denkbar, die erfindungsgemäßen Anschlagnocken nur an eine der beiden Stirnflächen innen- oder außenradial vorzusehen. Im Prinzip richtet sich die Platzierung nach der konkreten Lagerkonstruktion sowie der im konkreten Einsatzfall auftretenden Belastungssituation.
Bereits fertigungsbedingt ergibt es sich vorzugsweise, dass zu jeder erhabenen Anschlagnocke an der gegenüberliegende Stirnfläche eine Vertiefung zugeordnet ist, welche durch die plastische Materialverdrängung erzeugt ist. Diese Vertiefungen können auch für eine Schmiermittelbevorratung zur Dauerschmierung der Axiallageranordnung nutzbar gemacht werden.
Gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass im Bereich der Stege des Massivkäfigs beidseitig mindestens eine in Umfangsrichtung verlaufende, durch plastisch verdrängtes Material gebildete V-Nut eingebracht ist. Die derart umformtechnisch erzeugte V-Nut bewirkt in die benachbarten Durchbrüche zur Aufnahme der Lagerrollen hineingedrückte Materialabschnitte, welche als Haltenasen für die hierin geführten Lagerrollen dienen. Hierdurch lassen sich die Lagerrollen in den Massivkäfig in einfacher Weise verliersicher vormontieren. Vorzugsweise sollten hierfür zwei koaxial zueinander angeordnete V-Nuten unterschiedlichen Durchmessers derart seitens beider Stirnflächen des Massivkäfigs eingebracht werden, dass sich pro Steg zwei radial voneinander beabstandet angeordnete V-Nuten bezogen auf jede Stirnfläche ergeben. Die V-Nuten lassen sich beispielsweise mittels eines keilringförmigen Prägewerkzeugs durch umformtechnisches Prägen erzeugen. Hierdurch lassen sich in alle Stege einer Stirnfläche des Massivkäfigs gleichzeitig die V-Nuten einbringen. Über die Tiefe der V-Nuten lässt ich zudem auch der Wälzkörperdurchhang relativ zum Massivkäfig einstellen.
In dem Fall, dass die erfindungsgemäße Axiallageranordnung in der Variante mit Axiallagerscheiben realisiert wird, wird vorgeschlagen, dass diese von zwei einander gegenüberliegenden abgewinkelten Laufscheiben gebildet werden, welche neben der technischen Funktion einer Bereitstellung der Laufflächen auch einen Schutz vor eine Verschmutzung des Lagerinneren bilden. Darüber hinaus können die vorzugsweise abgewinkelten Laufscheiben auch als Anbauteile für die angrenzenden drehzulagernden Bauteile dienen. Vorzugsweise weist eine der beiden Laufscheiben eine radial innere Abwinkelung in Richtung der gegenüberliegenden Laufscheibe auf, wohingegen die andere Laufscheibe eine entsprechend radial äußere Abwinkelung aufweist.
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 Draufsicht auf eine Axiallageranordnung in der Ausführungsform eines Schräg-Axiallagers ohne Axiallagerscheiben,
2 eine perspektivische Ansicht der Axiallageranordnung nach 1, und
3 einen Teilquerschnitt durch die Axiallageranordnung nach 1 oder 2.

Gemäß 1 besteht die nach Art eines Schräg-Axiallagers ausgebildete Axiallageranordnung aus einem ringförmigen Massivkäfig 1 aus Metall, der über hierin in äquidistanten Abständen zueinander entlang des Umfangs ausgebildeten Durchbrüchen 2 (exemplarisch) eingefasste Lagerrollen 3 (exemplarisch) aufweist.
Dazwischen bildet der Massivkäfig 1 jeweils einen Steg 4 (exemplarisch) aus, in welchen jeweils zwei koaxial zueinander angeordnete V-Nuten 6a und 6b (exemplarisch) unterschiedlichen Durchmessers eingebracht sind, um jeweils in benachbarte Durchbrüche 2 hineingedrückte Materialabschnitte als Haltenasen für die in den Durchbrüchen 2 geführten Lagerrollen 3 auszubilden. Hierdurch lassen sich die einzelnen Lagerrollen 3 verliersicher mit dem Massivkäfig 1 vormontieren. Außerdem sind am Massivkäfig 1 mehrere im Endbereich von Stegen 4 angeordnete erhaben vorstehende Anschlagnocken 8 (exemplarisch) oder hiermit im Zusammenhang stehende Vertiefungen 8' ausgebildet. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind innenradial des Massivkäfigs 1 insgesamt vier derartige Anschlagnocken 8 an der ersichtlichen Stirnseite vorgesehen.
Nach 2 ist der Massivkäfig 1 getellert geformt, um im Rahmen eines Schräg-Axiallagers der hier interessierenden Art verwendet werden zu können. Während zu der einen Stirnseite 9a hin die Anschlagnocken 8 im innenradialen Bereich des Massivkäfigs 1 angeordnet sind, sind eben solche Anschlagnocken 8 seitens der gegenüberliegenden Stirnfläche 9b außenradial - hier nicht ersichtlich - angeordnet. Stattdessen sind die korrespondierenden Vertiefungen 8' (exemplarisch) erkennbar.
Hinsichtlich 3, welche eine Ausführungsform mit abgewinkelten Laufscheiben 10a und 10b illustriert, sind die innenliegenden Lagerrollen 3 derart vom Massivkäfig 1 umschlossen, dass die Käfighöhe H kleiner als der jeweilige Rollendurchmesser D der Lagerrollen 3 ist.
Die am Massivkäfig 1 angeordneten Anschlagnocken 8 (exemplarisch) kommen im montierten Zustand der Axiallageranordnung nicht an der Laufbahn 7 der gegenüberliegenden Axiallagerscheibe - hier Laufscheibe 10b - zur Anlage. Unter ungünstigen Belastungssituationen würden die Anschlagnocken 8 jedoch gewährleisten, dass der Massivkäfig 1 im Wesentlichen in seiner Solllage verbleibt. Dasselbe gilt analog auch in Bezug auf die andere Laufscheibe 10a.
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, den erfindungsgemäßen Massivkäfig auch flach auszuführen, um hiermit einen entsprechend flachen Lagerring einer reinen Axiallageranordnung zu schaffen.
Bezugszeichenliste

1: Massivkäfig
2: Druchbruch
3: Lagerrolle
4: Steg
6: V-Nut
7: Laufbahn
8: Anschlagnocken/Vertiefung
9: Stirnfläche
10: Laufscheibe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

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

Claims

Axiallageranordnung mit mehreren Lagerrollen (3), die von einem einteiligen Massivkäfig (1) zur Bildung eines vorzugsweise Schräg-Axiallagers eingefasst sind, wobei der Massivkäfig (1) mit mehreren entlang des Umfangs verteilt angeordneten und durch radiale Stege (4) voneinander getrennten Durchbrüchen (2) zur Unterbringung der Lagerrollen (3) versehen ist, wobei die überwiegend innenliegend untergebrachten Lagerrollen (3) derart vom Massivkäfig (1) umschlossen sind, dass die Käfighöhe (H) kleiner als der Rollendurchmesser (D) der Lagerrollen (3) ist, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einer der Stirnflächen (9a, 9b) des Massivkäfigs (1) hiervon erhaben hervorstehende Anschlagnocken (8) zur im wesentlichen axialen Abstandshaltung zur angrenzenden Laufbahn (7) und/oder zum Verkippungsschutz des Massivkäfigs (1) angeformt ist.
Axiallageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die angeformten Anschlagnocken (8) per Umformen plastisch aus dem Material des Massivkäfigs (1) verdrängt sind.
Axiallageranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die angeformten Anschlagnocken (8) durch Napfen gebildet sind.
Axiallageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verkippungsschutz für ein Schräg-Axiallager die Anschlagnocken (8) an beiden Stirnflächen (9a, 9b) innen- und außenradial am Massivkäfig (1) in dessen Axialrichtung verlaufend angeordnet sind.
Axiallageranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder erhabenen Anschlagnocke (8) an der gegenüberliegenden Stirnfläche eine Vertiefung (8') zugeordnet ist, welche durch die plastische Materialverdrängung erzeugt ist.
Axiallageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Stege (4) des Massivkäfigs (1) beidseitig mindestens eine in Umfangsrichtung verlaufende, durch plastisch verdrängtes Material gebildete V-Nut (6) derart eingebracht ist, dass die hiervon in die benachbarten Durchbrüche (2) hinein gedrückten Materialabschnitte als Haltenasenmittel für die in den Durchbrüchen (2) geführten Lagerrollen (3) dienen.
Axiallageranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwei koaxial zueinander angeordnete V-Nuten (6a, 6b) unterschiedlicher Durchmesser derart in die Stirnflächen (9a; 9b) des Massivkäfigs (1) eingebracht sind, dass sich pro Steg (4) zwei radial voneinander beanstandet zueinander angeordnete V-Nuten (6a, 6b) bezogen auf jede Stirnfläche (9a; 9b) ergeben.
Axiallageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Massivkäfig (1) mit den hiervon geführten Lagerrollen (3) zumindest teilweise von zwei einander gegenüberliegenden abgewinkelten Laufscheiben (10a, 10b) umschlossen ist.
Axiallageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrüche (2) des Massivkäfigs (1) rechteckförmig zur Aufnahme von zylindrischen Lagerrollen (3) ausgebildet sind.
Axiallageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Massivkäfig (1) aus einem Metallmaterial, vorzugsweise aus einem Stahlmaterial, gefertigt ist.