DE102022110321A1 - Axial bearing arrangement with bearing rollers enclosed in a one-piece bearing cage - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Axiallageranordnung mit mehreren Lagerrollen (3), die von einem ringförmigen Massivkäfig (1) zur Bildung eines flachen oder konischen Lagerrings eingefasst sind, wobei der Massivkäfig (1) mit mehreren entlang des Umfangs verteilt angeordneten und durch radiale Stege (4a, 4b) voneinander getrennten Durchbrüchen (2a, 2b) zur Unterbringung der Lagerrollen (3) versehen ist und die überwiegend innenliegend untergebrachten Lagerrollen (3) unter Gewährleistung eines zu beiden Stirnseiten (5a, 5b) realisierten Wälzkörperdurchhangs (W) derart umschlossen sind, dass die Käfighöhe (H) kleiner als der Rollendurchmesser (D) der Lagerrollen (3) ist, wobei in die Stirnseiten (5a, 5b) des Massivkäfigs (1) im Bereich der Stege (4a, 4b) jeweils mindestens eine in Umfangsrichtung verlaufende, durch plastisch verdrängtes Material gebildete V-Nut (6a, 6b; 6a', 6b') derart eingebracht ist, dass die hiervon in die benachbarten Durchbrüche (2a, 2b) hinein gedrückten Materialabschnitte als Haltenasen (7a-7d; 7a'-7d') für die in den Durchbrüchen (2a, 2b) geführten Lagerrollen (3) fungieren.The invention relates to an axial bearing arrangement with a plurality of bearing rollers (3), which are surrounded by an annular solid cage (1) to form a flat or conical bearing ring, the solid cage (1) having a plurality of bearing rollers distributed along the circumference and surrounded by radial webs (4a, 4b) is provided with separate openings (2a, 2b) for accommodating the bearing rollers (3) and the bearing rollers (3), which are predominantly housed on the inside, are enclosed in such a way that the rolling element sag (W) is realized on both end faces (5a, 5b). Cage height (H) is smaller than the roller diameter (D) of the bearing rollers (3), with at least one plastic extending in the circumferential direction in the end faces (5a, 5b) of the solid cage (1) in the area of the webs (4a, 4b). V-groove (6a, 6b; 6a', 6b') formed by displaced material is introduced in such a way that the material sections pressed into the adjacent openings (2a, 2b) act as retaining lugs (7a-7d; 7a'-7d') act for the bearing rollers (3) guided in the openings (2a, 2b).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine im wesentlichen Axiallageranordnung mit mehreren Lagerrollen, die von einteiligen ringförmigen Massivkäfig zur Bildung eines flachen oder konischen Lagerrings eingefasst sind, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.The present invention relates to a substantially axial bearing arrangement with a plurality of bearing rollers which are surrounded by a one-piece annular solid cage to form a flat or conical bearing ring, according to the preamble of
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.The field of application of the present invention extends primarily to motor vehicle technology. For example, in the area of rear axle steering or suspension strut supports, axial or angular contact bearing arrangements are used, which support relatively slow rotational movements or pivoting movements of components relative to a stationary housing or a support structure in the primarily axial direction. An axial bearing arrangement of the type of interest here includes, in addition to flat bearing rings for pure axial bearing, also conical bearing rings, which also have a radial bearing portion.
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.For the purposes of the present application, in addition to cylindrical rollers, tapered rollers or barrel rollers can also be considered as bearing rollers. An axial bearing arrangement according to the invention comprises at least several bearing rollers surrounded by a bearing cage. In addition, the axial bearing arrangement can also include at least one axial bearing disk, which provides a raceway for the bearing rollers rolling thereon. However, raceways can also be provided directly by the adjacent component that is to be axially supported, so that in this case a separate axial bearing disk can be dispensed with. The axial bearing arrangements of interest here have bearing parts that are largely manufactured using metal forming technology, in particular cage means that are largely produced by metal forming technology. Modern forming processes provide the manufacturing technology required to produce bearing parts easily and precisely without cutting from sheet metal material by bending, punching, deep drawing, embossing and the like.
Stand der TechnikState of the art
Aus der
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.The cage ring halves formed from a sheet material are provided on the respective base section with rectangular recesses arranged at a distance from one another along the circumference. These rectangular recesses serve to partially accommodate at least one bearing roller each, so that to ensure rolling bearings, the cage height in the assembled state is smaller than the roller diameter of the bearing rollers. The cage ring halves are mounted to one another via leg sections that are angled in the same direction on the inside and outside radially from the base section and form a U-profile, in that they mesh directly or indirectly with one another. Since the bearing rollers in this prior art have outwardly curved end faces, they can run radially directly on assigned leg sections of the cage ring halves with minimal friction.
Aus der
Bei vorbekannten Axiallageranordnungen der vorstehend beschriebenen Art ist sicherzustellen, dass die in die Durchbrüche des Lagerkäfigs eingelegten Lagerrollen unter Wahrung einer bewegungsermöglichenden Spielpassung verliersicher eingefasst sind. Im Stand der Technik übernehmen dies meist angrenzende Axiallagerscheiben erst im montierten Zustand. Außerdem ist bei der hier interessierenden Axiallageranordnung sicherzustellen, dass die Lagerrollen unter Gewährleistung eines zu beiden Stirnseiten des Massivkäfigs realisierten Wälzkörperdurchhangs W umschlossen sind, wozu gewöhnlich separate Käfigmittel zum Einsatz kommen. Trotzdem ist zu gewährleisten, dass die Käfighöhe H insgesamt stets kleiner als der Rollendurchmesser D der Lagerrollen ist.In previously known axial bearing arrangements of the type described above, it must be ensured that the bearing rollers inserted into the openings in the bearing cage are captively enclosed while maintaining a clearance fit that enables movement. In the prior art, adjacent axial bearing disks usually only do this when they are installed. In addition, in the axial bearing arrangement of interest here, it must be ensured that the bearing rollers are enclosed to ensure that rolling element sag W is realized on both end faces of the solid cage, for which separate cage means are usually used. Nevertheless, it must be ensured that the overall cage height H is always smaller than the roller diameter D of the bearing rollers.
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 unter Gewährleistung eines Wälzkörperdurchhangs verliersicher montiert sind.It is therefore the object of the present invention to further improve an axial bearing arrangement of the generic type in such a way that the bearing rollers guided by the one-piece solid cage can be moved using simple technical means are mounted captively to ensure rolling element sag.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
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.The task is solved based on an axial bearing arrangement according to the preamble of
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass in die Stirnseiten des Massivkäfigs im Bereich der Stege jeweils mindestens eine in Umfangsrichtung verlaufende, durch plastisch verdrängtes Material gebildete V-Nut derart eingebracht ist, dass die hiervon in die benachbarten Käfigtaschen hineingedrückten Materialabschnitte als Haltenasen für die in den Käfigtaschen geführten Rollenkörper fungieren.The invention includes the technical teaching that at least one V-groove running in the circumferential direction and formed by plastically displaced material is introduced into the end faces of the solid cage in the area of the webs in such a way that the material sections pressed into the adjacent cage pockets serve as retaining lugs for the roller bodies guided in the cage pockets.
Mit anderen Worten wird also durch die V-Nut das Material des Massivkäfigs im Stegbereich beidseits derart plastisch verformt, dass hierdurch eine Wälzkörperhalterung gebildet wird. Separate die Durchbrüche zur Unterbringung der Lagerrollen einfassende Haltemittel können somit entfallen und die Lagerrollen sind verliersicher im Massivkäfig gehalten, so dass eine vormontierte Baueinheit entsteht. Dies vereinfacht die Endmontage der Axiallageranordnung mit oder ohne zusätzliche bedeckende Axiallagerscheiben.In other words, the V-groove deforms the material of the solid cage in the web area on both sides so plastically that a rolling element holder is formed. Separate holding means surrounding the openings for accommodating the bearing rollers can therefore be omitted and the bearing rollers are held captively in the solid cage, so that a pre-assembled structural unit is created. This simplifies the final assembly of the thrust bearing arrangement with or without additional covering thrust bearing washers.
Vorzugsweise lassen sich die V-Nuten mittels eines keilringförmigen Prägewerkzeugs durch umformtechnisches Prägen erzeugen. Hierdurch lassen sich in alle Stege an eine Stirnseite des Massivkäfigs gleichzeitig die V-Nuten einprägen.Preferably, the V-grooves can be created using a wedge-ring-shaped embossing tool by forming embossing. This means that the V-grooves can be stamped into all webs on one end of the solid cage at the same time.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass zwei koaxial zueinander angeordnete V-Nuten unterschiedlicher Durchmesser derart in die Stirnseiten des Massivkäfigs eingebracht sind, dass sich pro Steg und Stirnseite zwei radial voneinander beabstandet angeordnete V-Nuten ergeben. Hierdurch werden die in die Durchbrüche eingelegten Lagerrollen zuverlässig eingefasst. Die Durchbrüche bilden insoweit vollständige Käfigtaschen für die überwiegend innenliegenden Lagerrollen.According to a preferred embodiment of the invention, it is proposed that two coaxially arranged V-grooves of different diameters are introduced into the end faces of the solid cage in such a way that two V-grooves arranged radially spaced apart from one another result per web and end face. This means that the bearing rollers inserted into the openings are reliably enclosed. The openings form complete cage pockets for the predominantly internal bearing rollers.
Gemäß einer andern die Erfindung weiter verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass die im Wesentlichen axiale Positionierung der Rollenkörper gegenüber dem diesen je umgebenden Durchbruch im Massivkörper über die Einbringungstiefe der V-Nuten in die Oberfläche des Massivkäfigs eingestellt werden, um hierdurch den Wälzkörperdurchhang W zu definieren. Der Wälzkörperdurchhang W beschreibt den axialen Spielraum der eingefassten Lagerrollen, welcher neben der Eindringungstiefe der V-Nuten auch von der Käfighöhe des Massivkäfigs abhängt. Die Käfighöhe H des Massivkäfigs ist vorzugsweise derart dimensioniert, dass nach dem Einbringen der V-Nuten noch mindestens 0,3 mm Wälzkörperdurchhang W gewährleistet ist. Dies ist für die hier interessierenden Anwendungen hinreichend, um Fertigungstoleranzen der angrenzenden Bauteile und hierauf einwirkende Radiallasten auszugleichen.According to another measure that further improves the invention, it is proposed that the essentially axial positioning of the roller bodies relative to the opening in the solid body surrounding them is adjusted via the insertion depth of the V-grooves in the surface of the solid cage, in order to thereby define the rolling body sag W. The rolling element sag W describes the axial clearance of the enclosed bearing rollers, which depends not only on the penetration depth of the V-grooves but also on the cage height of the solid cage. The cage height H of the solid cage is preferably dimensioned such that at least 0.3 mm of rolling element sag W is still guaranteed after the V-grooves have been introduced. For the applications of interest here, this is sufficient to compensate for manufacturing tolerances of the adjacent components and the radial loads acting on them.
In Verbindung damit sollte der maximale Wälzkörperdurchhang W derart bemessen sein, dass der Massivkäfig mindestens 0,05 mm Abstand zur angrenzenden Laufbahnfläche gewährleistet, so dass es nicht zu einem Kontakt kommt.In connection with this, the maximum rolling element sag W should be dimensioned such that the solid cage ensures a distance of at least 0.05 mm from the adjacent raceway surface so that contact does not occur.
Gemäß einer zusätzlichen die Erfindung weiter verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass mindestens eine der Stirnflächen mit hiervon erhaben hervorstehenden nockenförmigen Anformungen oder dergleichen versehen ist, um eine im Wesentlichen axiale Abstandshaltung zur angrenzenden Laufbahn zu gewährleisten. Dies verhindert in bestimmten Belastungssituationen ein Verkippen des Massivkäfigs aus dessen Sollposition.According to an additional measure that further improves the invention, it is proposed that at least one of the end faces is provided with cam-shaped formations or the like that protrude therefrom in order to ensure a substantially axial distance from the adjacent raceway. In certain load situations, this prevents the solid cage from tipping out of its target position.
Vorzugsweise sind die Durchbrüche des Massivkäfigs, welche die Käfigtaschen bilden, rechteckförmig ausgebildet, um insbesondere zylindrische Lagerrollen aufzunehmen. Die rechteckigen Durchbrüche können beispielsweise durch Stanzen erzeugt werden.The openings in the solid cage, which form the cage pockets, are preferably rectangular in shape, in particular to accommodate cylindrical bearing rollers. The rectangular openings can be created, for example, by punching.
Hinsichtlich der Gestaltung der Durchbrüche wird vorgeschlagen, dass diese im radialen Kontaktbereich, insbesondere im dortigen Anlaufbereich der Lagerrolle zumindest einseitig eine reibungsminimierende Oberflächenstrukturierung aufweisen können. Diese Oberflächenstrukturierung, welche beispielsweise als Riffelung, Nutung, Aufrauhung, und dergleichen ausgeführt sein kann, minimiert dabei die reibungswirksame Bauteilkontaktfläche. Dabei ist die Oberflächenstrukturierung natürlich auf die aus der Belastung resultierende Formstabilität abzustimmen. Denkbar ist auch die Integration von Schmiertaschen in die Oberflächenstrukturierung, welche eine Schmiermittelbevorratung zur zuverlässigen Dauerschmierung der erfindungsgemäßen Axiallageranordnung dienen.With regard to the design of the openings, it is proposed that they can have a friction-minimizing surface structure at least on one side in the radial contact area, in particular in the contact area of the bearing roller. This surface structuring, which can be designed, for example, as corrugations, grooves, roughening, and the like, minimizes the friction-effective component contact surface. The surface structuring must of course be tailored to the dimensional stability resulting from the load. It is also conceivable to integrate lubrication pockets into the surface structuring, which serve as a lubricant reservoir for reliable long-term lubrication of the axial bearing arrangement according to the invention.
Der mit den Durchbrüchen zur Unterbringung der Lagerrollen versehene Massivkäfig besteht vorzugsweise aus einem Metallmaterial, beispielsweise aus einem Stahl, der sich umformtechnisch bearbeiten lässt. So kann der erfindungsgemäße Massivkäfig aus einem Blechmaterial als Halbzeug hergestellt werden, dessen Dicke der späteren Käfighöhe entspricht. Die Formgebung zur Ausbildung des erfindungsgemäßen Massivkäfigs kann spanlos in einfacher Weise durch Stanzen und Prägen realisiert werden. Ein derartig ausgeführter Massivkäfig hält hohen äußeren Belastungen stand und lässt sich daher insbesondere zur Bildung eines konischen Lagerrings im Rahmen eines Axialschräglagers einsetzen, bei denen gewöhnliche Kunststoffkäfige möglicherweise nicht zuverlässig funktionieren würden.The solid cage provided with the openings for accommodating the bearing rollers preferably consists of a metal material, for example steel, which can be processed using forming techniques. The solid cage according to the invention can be made from a sheet metal material as a semi-finished product, the thickness of which corresponds to the later cage height. The shaping for the formation of the inventive The solid cage according to the invention can be realized without cutting in a simple manner by punching and embossing. A solid cage designed in this way can withstand high external loads and can therefore be used in particular to form a conical bearing ring in the context of an angular contact thrust bearing, where ordinary plastic cages might not function reliably.
AusführungsbeispielExample embodiment
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 eines ringförmigen Massivkäfigs zur Bildung eines flachen Lagerrings; -
2 einen perspektivischen Teilschnitt durch den Massivkäfig gemäß1 im Bereich eines exemplarischen Durchbruchs zur Aufnahme von Lagerrollen; -
3 einen Teilquerschnitt durch den Durchbruch gemäß2 mit hiervon eingefasster Lagerrolle, und -
4 eine Draufsicht auf den Durchbruch gemäß3 .
-
1 a perspective view of an annular solid cage for forming a flat bearing ring; -
2 a perspective partial section through thesolid cage 1 in the area of an exemplary breakthrough for holding bearing rollers; -
3 a partial cross section through the breakthrough2 with a bearing roller surrounded by it, and -
4 a top view of the breakthrough according to3 .
Gemäß
Gemäß
Gemäß
Die axiale Positionierung der Lagerrolle 3 gegenüber dem diese umgebenden Durchbruch 2a wird über die Einbringungstiefen der aus den V-Nuten resultierenden Haltenasen 7a, 7a` (exemplarisch) bzw. 7c, 7c' (exemplarisch) in den Haltekäfig eingestellt, um den Wälzkörperdurchhang W zu definieren. Die Käfighöhe H ist kleiner als der Rollendurchmesser D der Lagerrolle 3 dimensioniert.The axial positioning of the bearing
Gemäß
Der exemplarische Durchbruch 2a des Massivkäfigs 1 ist im Wesentlichen rechtförmig ausgebildet, um die - hier nicht weiter dargestellten - zylindrischen Lagerrollen 1 aufzunehmen. Ferner weist jeder Durchbruch 2a (exemplarisch) im radialen Anlaufbereich zur Lagerrolle 1 eine reibungsminimierende Oberflächenstrukturierung in Form einer Schmiertasche 9 (exemplarisch) zur Schmiermittelbevorratung auf.The
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 möglich, den erfindungsgemäßen Massivring 1 auch konisch auszuführen, um hiermit einen konischen Lagerring eines Axialschräglagers zu bilden.The invention is not limited to the preferred embodiment described above. Rather, modifications of this are also conceivable, which are included within the scope of protection of the following claims. For example, it is possible to also design the
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 11
- MassivkäfigSolid cage
- 22
- Druchbruchbreakthrough
- 33
- Lagerrollebearing roller
- 44
- Stegweb
- 55
- Stirnseitefront side
- 66
- V-NutV-groove
- 77
- Haltenaseholding nose
- 88th
- nockenförmige Anformungcam-shaped formation
- 99
- Schmiertasche Grease bag
- DD
- RollendurchmesserRoll diameter
- HH
- KäfighöheCage height
- WW
- WälzkörperdurchhangRolling element sag
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- EP 2672131 B1 [0004]EP 2672131 B1 [0004]
- DE 102007024582 A1 [0006]DE 102007024582 A1 [0006]
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