DE102022110323A1

DE102022110323A1 - Axiallageranordnung mit von einem mehrteiligen Lagerkäfig eingefassten Lagerrollen

Info

Publication number: DE102022110323A1
Application number: DE102022110323.4A
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 mehrteiligen Käfigmitteln zur Bildung eines flachen oder konischen Lagerrings eingefasst sind, umfassend, 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 fluchtende rechteckförmige Ausnehmungen (12; 13) zur teilweise Aufnahme mindestens je einer Lagerrolle (1) eingebracht sind, wobei 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, wobei die montieren Käfigringhälften (2, 3) zusätzlich ein ringscheibenförmiges Füllelement (4) mit einschließen, welches die Lagerrollen (1) mit hierfür vorgesehenen Durchbrüchen (5) führend umgibt.

Description

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.
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 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.
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.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Axiallageranordnung der gattungsgemäßen Art dahingehend weiter zu verbessern, dass die Stabilität der Käfigmittel bei hohen Belastungen und Verkippungen erhöht 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 die montierten Käfigringhälften eines Sandwich-Käfigs zusätzlich ein im wesentlichen ringscheibenförmiges Füllelement mit einschließen, welches die Lagerrollen mit hierfür vorgesehenen Durchbrüchen führend umgibt.
Mit anderen Worten beinhalten die montierten Käfigringhälften also zusätzlich als weiteres Bauteil ein Füllelement, welches die Lagerrollen käfigintern führt und 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 Käfigringhälfte eingeleitet, sondern über das scheibenförmige Füllelement abgeleitet. Hierdurch wird die von den Lagerrollen erzeugte Radiallast von den Käfigringhälften durch das scheibenförmige Füllelement getrennt. Dieses nimmt die Radiallast auf und entlastet hierdurch die umgeformten Käfigringhälften. Das ringscheibenförmige Füllelement ähnelt dabei einem massiven Käfig.
Vorzugsweise besteht das ringscheibenförmige Füllelement zur Erfüllung seines vorstehend beschriebenen Einsatzzwecks aus einem Kunststoff. Hiermit ist auch eine Reduzierung der Lagergeräusche verbunden. Insgesamt beinhalten die erfindungsgemäßen Käfigmittel die Festigkeit eines Metallkäfigs mit einer elastischen Wälzkörperführung eines Kunststoffkäfigs. Alternativ kann das ringscheibenförmige Füllelement auch aus einer Leichtmetalllegierung oder aus einem Stahlmaterial bestehen. Die Materialwahl richtet sich dabei nach konstruktiven Randbedingungen, wie insbesondere Druckfestigkeit, Verschleißeigenschaft, 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.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kommt das ringscheibenförmige Füllelement innen- und außenradial an Schenkelabschnitten von mindestens einer der Käfigringhälften zur Anlage. Hierdurch füllt das scheibenförmige Füllelement den durch die Käfigringhälften gebildeten Käfiginnenraum im Wesentlichen vollständig aus und die Wälzkörperführung wird im Wesentlichen durch dessen Durchbrüche in Verbindung mit den benachbarten rechteckförmigen Ausnehmungen der Käfigringhälften sichergestellt. In diesem Zusammenhang sei darauf verwiesen, dass die besagten rechteckförmigen 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.
Gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, die Durchbrüche des ringscheibenförmigen Füllelements im Kontaktbereich zur Lagerrolle mit reibungsminimierenden Oberflächenstrukturierungen zu versehen. 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 reibugswirksame Bauteilkontaktfläche. Dabei ist diese Oberflächenstrukturierung natürlich auf die aus der Belastung resultierende Formstabilität abzustimmen. Denkbar ist auch die Integration von Schmiertaschen in die Oberflächenstrukturierung, welche einer Schmiermittelbevorratung zur Dauerschmierung der erfindungsgemäßen Axiallageranordnung dienen.
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. Dabei können derart gruppierte Lagerrollen auch verschiedene Durchmesser zur Beeinflussung von Lagerschlupf und Lagerreibung aufweisen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Sandwich-Käfig dadurch erzeugt, dass die Schenkelabschnitte der ersten Käfigringhälfte von den Schenkelabschnitten der zweiten Käfigringhälfte umfasst sind. Hierdurch kann die insoweit kleinere Käfigringhälfte in die größere Käfigringhälfte eingesetzt oder eingepresst werden. Um eine zusätzliche Verliersicherung zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass die äußeren Schenkelabschnitte der größeren Käfigringhälfte zur Herstellung einer formschlüssigen Verbindung mit der hiervon umgebenden kleineren Käfigringhälfte einen nach innen gebogenen Randabschnitt aufweisen. Dies bedeutet, dass der Rand entlang des gesamten Umfangs oder nur Abschnitte des Randabschnitts nach innen gebogen sein können. Dies umfasst ebenfalls mindestens eine Verstemmung, so dass eine form- und kraftschlüssige Verbindung entsteht.
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 perspektivische Ansicht eines von den Käfigmitteln der Axiallageranordnung der 1 eingeschlossenen ringscheibenförmigen Füllelements der Ausführungsform für einzelne Zylinderrollen als Lagerrollen,
3 einen Teilquerschnitt der Axiallageranordnung gemäß 1.

Gemäß 1 beinhaltet die exemplarische Axiallageranordnung mehrere äquidistant zueinander entlang von ringförmigen 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 - hier nicht weiter dargestellten - Käfigringhälften 2 und 3 zusätzlich ein ringscheibenförmiges Füllelement 4, das bei diesem Ausführungsbeispiel aus Kunststoff besteht und rechteckförmige Durchbrüche 5 zur spielpassungsbehafteten Aufnahme von - hier nicht weiter dargestellten - Lagerrollen 1 dient. Jedem Durchbruch 5 des ringscheibenförmigen Füllelements 4 ist bei diesem Ausführungsbeispiel eine Lagerrolle 1 zugeordnet.
Gemäß 3 umfassen die Käfigmittel zur Einfassung von Lagerrollen 1 (exemplarisch) die erste Käfigringhälfte 2 mit einem ersten Bodenabschnitt 6, der innen- und außenradial mit hiervon gleichsinnig abgewinkelten zweiten Schenkelabschnitten 7 beziehungsweise 8 versehen ist. Analog hierzu ist die zweite Käfigringhälfte 3 mit einem zweiten Bodenabschnitt 9 mit innen- und außenradial hiervon gleichsinnig abgewinkelten zweiten Schenkelabschnitten 10 beziehungsweise 11 versehen.
Im ersten und zweiten Bodenabschnitt 6 und 9 der zugeordneten Käfigringhälften 2 beziehungsweise 3 sind zueinander fluchtende rechteckförmige Ausnehmungen 12 beziehungsweise 13 zur teilweise Aufnahme der Lagerrolle 1 eingebracht. Im dargestellt 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 innen liegenden Lagerrollen 1 derart zu umschließen, dass zur Gewährleistung der Wälzlagerung die Käfighöhe H kleiner ist als der Rollendurchmesser D der Lagerrollen 1.
Die Durchbrüche 5 des Füllelements 4 weisen im Kontaktbereich zur Lagerrolle 1 ferner eine reibungsminimierende Oberflächenstrukturierung auf, welche hier mehrere Schmiertaschen 14 (exemplarisch) zur Schmiermittelbevorratung umfasst.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hierfür denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, dass mehr als eine Lagerrolle pro Durchbruch und Ausnehmung des ringscheibenförmigen Füllelements 4 beziehungsweise der Käfigringhälften 2 und 3 vorgesehen ist. Die insoweit gruppierten Lagerrollen können auch verschiedene Durchmesser aufweisen. Außerdem kann das ringscheibenförmige Füllelement 4 neben Kunststoff je nach Belastungssituation auch aus einem anderen geeigneten Material, insbesondere einer Leichtmetalllegierung oder einem Stahlmaterial hergestellt sein.
Bezugszeichenliste

1: Lagerrolle
2: erste Käfigringhälfte
3: zweite Käfigringhälfte
4: Füllelement
5: Durchbruch
6: erster Bodenabschnitt
7: erster innenradialer Schenkelabschnitt
8: erster außenradialer Schenkelabschnitt
9: zweiter Bodenabschnitt
10: zweiter innenradialer Schenkelabschnitt
11: zweiter außenradialer Schenkelabschnitt
12: erste Ausnehmung
13: zweite Ausnehmung
14: Schmiertasche
15: Randabschnitt
H: Lagerhöhe
D: Rollendurchmesser

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 mehrteiligen Käfigmitteln zur Bildung eines flachen oder konischen Lagerrings eingefasst sind, umfassend: - 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 fluchtende rechteckförmige Ausnehmungen (12; 13) zur teilweise Aufnahme mindestens je einer Lagerrolle (1) eingebracht sind, wobei - 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, dadurch gekennzeichnet, dass die montieren Käfigringhälften (2, 3) zusätzlich ein ringscheibenförmiges Füllelement (4) mit einschließen, welches die Lagerrollen (1) mit hierfür vorgesehenen Durchbrüchen (5) führend umgibt.
Axiallageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das ringscheibenförmige Füllelement (4) aus einem Kunststoff, einer Leichtmetalllegierung oder aus einem Stahlmaterial besteht.
Axiallageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das ringscheibenförmige Füllelement (4) innen- und außenradial an Schenkelabschnitten (7, 8) von mindestens einer der Käfigringhälften (6; 9) zur Anlage kommt.
Axiallageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrüche (5) des ringscheibenförmigen Füllelements (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.
Axiallageranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstrukturierung mindestens eine Schmiertasche (14) zur Schmiermittelbevorratung umfasst.
Axiallageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Durchbruch (5) und die hiermit korrespondierenden Ausnehmungen (12, 13) mindestens eine Lagerrolle (1) zugeordnet ist.
Axiallageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Anordnung von mehreren Lagerrollen (1) pro Durchbruch (5) und Ausnehmung (12; 13), die insoweit gruppierten Lagerrollen (1) mindestens zwei verschiedene Durchmesser aufweisen.
Axiallageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkelabschnitte (7, 8) der ersten Käfigringhälfte (6) von den Schenkelabschnitten (10, 11) der zweiten Käfigringhälfte (9) umfasst sind.
Axiallageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Schenkelabschnitte (10, 11) des zweiten Käfigringhälfte (9) zur Herstellung einer zumindest formschlüssigen Verbindung mit der ersten Käfigringhälfte (6) einen nach Innen gebogenen Randabschnitt (15) aufweisen.