DE10240282B4

DE10240282B4 - Radialwälzlager

Info

Publication number: DE10240282B4
Application number: DE10240282A
Authority: DE
Inventors: Ludwig 91056 Winkelmann; Bernhard Dipl.-Ing. 91438 Klöpfer; Steffen Dipl.-Ing. 91074 Dittmer
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2002-08-31
Filing date: 2002-08-31
Publication date: 2011-08-11
Anticipated expiration: 2022-09-01
Also published as: DE10240282A1

Abstract

Radialwälzlager (1), bestehend aus einem Lageraußenring (2) und einem Lagerinnenring (3), zwischen denen auf zugehörigen Laufbahnen (2.1, 3.1) in einem Lagerkäfig (4) geführte Wälzkörper (5) um eine gemeinsame Lagerachse (6) abrollen, wobei zumindest der Lagerinnenring (3) als von einem ebenen endlosen Band abgelängtes und rundgebogenes Formteil ausgebildet ist, dessen in Umfangsrichtung sich berührende Enden (7.1, 7.2) durch zumindest eine an einem Ende (7.1) angeordnete Ausnehmung (3.3) und zumindest einen am anderen Ende (7.2) angeordneten Vorsprung (3.2) mit Übermaß unter Aufwenden einer Kraft ineinander gefügt und zu einem Pressverband miteinander verbunden sind, wobei im Bereich der Enden (7.1, 7.2) sowohl die zumindest eine Ausnehmung (3.3) als auch der zumindest eine Vorsprung (3.2) mit einer beim Aneinanderstoßen der Enden (7.1, 7.2) die radiale Pressfugenhöhe (10) reduzierenden und wenigstens einen Freiraum (11) bildenden Anschrägung (9.1, 9.2) versehen sind, welche der Kontur der Ausnehmung (3.3) und des Vorsprungs (3.2) folgend ausgebildet ist und deren...

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Radialwälzlager nach den Merkmalen des Patentanspruchs 1, und sei insbesondere vorteilhaft an einem Radialwälzlager mit aus einem ebenen endlosen Band abgelängten und als rundgebogenes Formteil ausgebildeten Lagerinnenring anwendbar.
Hintergrund der Erfindung
Die Herstellung von aus einem ebenen endlosen Band abgelängten rundgebogenen Formteilen ist schon seit langem vorbekannt. So ist beispielsweise in der DE 24 06 361 A1 eine Gleitlagerbuchse beschrieben, die in 1 eine Formplatine 1 in gestrecktem Zustand mit glatten Stoßfugen 2 zeigt. Ausgehend von einer im Wesentlichen rechteckigen Grundform weist die Platine 1 an der einen Längsseite einen bogenförmigen Rand 3 auf, der an seinen beiden Enden in den Bogen und den Schmalseiten 2 angeordnete zackenartig hervorstehende Ecken übergeht. Die Platine 1a nach 2 hat im Wesentlichen einen gleichen Aufbau, jedoch sind an ihren Stoßfugen 2 Elemente 5 für eine Clinch-Verbindung ausgebildet. Im Herstellungsgang nach 3 wird zunächst die Platine 1 mittels eines in 4 und 5 gezeigten Werkzeuges in eine im Wesentlichen glattzylindrische Vorform 6 überführt, wobei die Clinch-Elemente so ausgebildet sind, dass ein Vorsprung in eine zugehörige Ausnehmung eingreift.
Aus der EP 0 013 628 A1 geht diese Art der Herstellung von Formteilen auch für Lagerringe eines Radiallagers hervor. In 2 dieser Vorveröffentlichung ist ein ebener Blechstreifen gezeigt, der an seinen Längsseiten zwei abgewinkelte Borde und seine gegenüberliegenden kurzen Enden einen Vorsprung und eine zugehörige Ausnehmung aufweist. Der Vorsprung weist im Wesentlichen die Form eines eingeschnürten Halbkreises auf und ist in der Bandmitte angeordnet. Nach dem Rundbiegen des Bandes ist ein äußerer Lagerring gebildet, dessen Laufbahn in axialer Richtung durch radial nach innen gestellte Borde begrenzt ist. Die Stoßfuge des Lageraußenringes nimmt bedingt durch die Ausbildung von Vorsprung und Ausnehmung nach dem Rundbiegen des Bandes unter Bezug auf eine Lagerachse einen gekrümmten Verlauf, so dass von den Wälzkörpern in Umfangsrichtung gesehen immer nur ein Teil der Trennfuge überquert wird.
Mit der Herstellung von Formteilen aus Bandmaterial in Form von Gleitlagerbuchsen, Lagerringen oder Lagerkäfigen befassen sich auch noch die nachstehend aufgeführten Vorveröffentlichungen:
DE 611 076 A , DE 857 455 B , DE 1 909 843 U , DE 24 06 460 A1 , DE 32 06 126 A1 , DE 41 27213 A1 , DE 19542876 A1 , DE 199 07571 A1 , DE 19930 658 C1 , DE 100 11 651 A1 , US 3,368,854 A , US 3,455,004 A , US 4,909,638 A , EP 0 802 338 A2 , JP 08-128 446 A .
Diese Art der Herstellung von Formteilen wird aus Kostengründen immer dann angewendet, wenn ein im Durchmesser großes Bauteil zu fertigen ist. Nachteilig dabei ist, dass im Bereich der Stoßstellen bleibende plastische Verformungen auftreten können, die als unerwünschte Materialanhäufungen in radialer Richtung aus dem rundgebogenen Formteil herausragen. Solche Deformationen im Stoßbereich wirken sich bei einem Lagerring beim Abrollen der Wälzkörper störend derart aus, dass der Rollwiderstand erhöht ist, was letztendlich durch Ermüdung oder Verschleiß zu einem vorzeitigen Lagerausfall führen kann.
Aufgabe der Erfindung
Ausgehend von den dargelegten Nachteilen des bekannten Standes der Technik liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe zu Grunde, ein Radialwälzlager zu konzipieren, das eine verbesserte Verbindung zwischen den Enden eines aus Band hergestellten Lagerrings aufweist und eine zuverlässige Funktion dieses Lagerrings auch unter höchsten Beanspruchungen gewährleistet.
Beschreibung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Radialwälzlager gelöst, welches aus einem Lageraußenring und einem Lagerinnenring besteht, zwischen denen auf zugehörigen Laufbahnen in einem Lagerkäfig geführte Wälzkörper um eine gemeinsame Lagerachse abrollen, wobei zumindest der Lagerinnenring als von einem ebenen endlosen Band abgelängtes und rundgebogenes Formteil ausgebildet ist, dessen in Umfangsrichtung sich berührende Enden durch zumindest eine an einem Ende angeordnete Ausnehmung und zumindest einen am anderen Ende angeordneten Vorsprung mit Übermaß unter Aufwenden einer Kraft ineinander gefügt und zu einem Pressverband miteinander verbunden sind. Dabei sind im Bereich der Enden sowohl die zumindest eine Ausnehmung als auch der zumindest eine Vorsprung mit einer beim Aneinanderstoßen der Enden die radiale Pressfugenhöhe reduzierenden und wenigstens einen Freiraum bildenden Anschrägung versehen, welche der Kontur der Ausnehmung und des Vorsprungs folgend ausgebildet ist und deren Endtiefe zumindest einer elastischen Einfederungstiefe der Wälzkörper in die Laufbahnen im Lastbereich des Radialwälzlagers entspricht.
Der Vorteil dieser Verbindungsart im Bereich der Enden des Lagerrings liegt insbesondere darin, dass bei einem Überschreiten der Elastizitätsgrenze des jeweiligen Werkstoffes während des Fügeprozesses auftretende bleibende plastische Deformationen eliminiert sind, dass heißt unschädlich gemacht sind, weil sie in den Freiraum ausweichen können und dadurch die Funktion des Bauteils nicht mehr negativ beeinflussen. Diese bleibenden plastischen Verformungen bzw. Deformationen treten immer dann auf, wenn die Fügekräfte zu hoch sind. Daraus folgt, dass bei einer Erstfertigung die Presspassung exakt auf den jeweiligen Anwendungsfall abzustimmen ist, wobei diese vom Übermaß der Bauteilgeometrie, der Oberflächenbeschaffenheit und vom Werkstoff selbst abhängig ist. Beim Fügen von Bauteilen mit Presspassung treten im Bereich der Stoßstellen und im angrenzenden Bereich elastische, gemischt elastisch plastische oder nur plastische Verformungen auf, wobei sich in der beschriebenen Weise die plastischen Verformungen negativ auf das Verhalten des Bauteils aufweisen und in der beschriebenen Weise eliminiert werden müssen.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäß ausgebildeten Radialwälzlagers sind in den nachstehenden Unteransprüchen aufgeführt.
So ist es nach Anspruch 2 vorgesehen, dass die Anschrägungen an den Enden des Lagerinnenrings im Profil einen logarithmischen Verlauf oder den Verlauf einer e-Funktion aufweisen.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung gemäß Anspruch 3 sollen die Enden des Lagerinnenrings durch zwei an einem Ende angeordnete Ausnehmungen und zwei am anderen Ende angeordnete Vorsprünge miteinander verbunden sein.
Schließlich geht aus Anspruch 4 noch hervor, dass die Ausnehmungen und die Vorsprünge an den Enden des Lagerinnenrings außerhalb der Laufbahn für die Wälzkörper angeordnet sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Radialwälzlagers wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen
1 eine Teilansicht eines Querschnittes durch ein erfindungsgemäß ausgebildetes Kugellager,
2 einen Ausschnitt auf eine Draufsicht auf den Lagerinnenring des erfindungsgemäß ausgebildeten Kugellagers im Bereich der Enden,
3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in 2 durch den Lagerinnenring eines Kugellagers nach dem bisherigen Stand der Technik,
4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in 2 durch den Lagerinnenring des erfindungsgemäß ausgebildeten Kugellagers,
5 eine vergrößerte Darstellung des Bereiches der Enden des Lagerinnenrings eines Kugellagers nach dem bisherigen Stand der Technik,
6 eine vergrößerte Darstellung des Bereiches der Enden des Lagerinnenrings des erfindungsgemäß ausgebildeten Kugellagers.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Das in 1 dargestellte und mit 1 bezeichnete Rillenkugellager besteht aus dem Lageraußenring 2 und dem Lagerinnenring 3, zwischen denen auf zugehörigen Laufbahnen 2.1, 3.1 in einem Lagerkäfig 4 geführte Lagerkugeln 5 um ihre Achse 6 abrollen. Der Lagerinnenring 3 ist aus einem endlosen ebenen Band gefertigt, in das zunächst die Innenlaufbahn 3.1 eingeprägt wird. Nach dem Ablängen des Bandes wird dieses entsprechend dem späteren gewünschten Durchmesser des Lagerinnenringes 3 rund gebogen und an seinen beiden Enden 7.1, 7.2 miteinander verbunden. Dies erfolgt derart, dass ein Ende 7.1 des Bandes mit mehreren Vorsprüngen 3.2 und Ausnehmungen 3.3 versehen ist, die in zugehörige Vorsprünge 3.2 und Ausnehmungen 3.3 am anderen Ende 7.2 des Bandes eingreifen. Durch Anwenden einer Kraft in Umfangs- und/oder Radialrichtung werden die beiden Enden 7.1, 7.2 des Bandes durch Verformung ineinander gefügt, so dass ein Pressverband gebildet ist. Das Anwenden dieser Kraft ist aus 2 zu entnehmen, wobei diese, wie ausgeführt in verschiedenen Richtungen wirken kann und mit FV sowie FV₁ bezeichnet ist.
Besitzen nun, wie in 3 dargestellt, beide Enden 7.1, 7.2 des Bandes eine gleiche Querschnittshöhe, so kann es vorkommen, dass bei der Bildung des Pressverbandes eine zu hohe Presskraft wirkt, die zu bleibenden plastischen Deformationen 8 im Bereich der Enden 7.1, 7.2 führt. Diese Deformationen 8 ragen in den Bereich der inneren Laufbahn 3.1 hinein und führen dazu, dass bei jeder Umdrehung des Lagers diese Deformation 8 durch die Lagerkugeln 5 überwunden werden muss. Dies führt zu Stoßbeanspruchungen der Rollkörper und dazu, dass im Bereich der Enden 7.1, 7.2 an den Übergängen kleine Ausbrüche auftreten können, die die Lebensdauer des Lagers 1 verkürzen.
Zur Behebung dieses Mangels sind in erfindungsgemäßer Weise die beiden Enden 7.1, 7.2 jeweils mit einer Anschrägung 9.1, 9.2 versehen, die in 4 gezeigt ist. Bedingt durch diese Anschrägungen 9.1 und 9.2 ist die mit 10 bezeichnete radiale Pressfugenhöhe gebildet, die in ihrer Ausdehnung kleiner als die Höhe des Bandquerschnittes ist. Werden nun die beiden Enden 7.1, 7.2 des Bandes zur Bildung eines Pressverbandes mit der verringerten Pressfugenhöhe 10 aneinander gelegt, so ist beidseitig im Bereich der Enden 7.1, 7.2 ein Freiraum 11 gebildet, der einerseits von je einem Endpunkt der Pressfugenhöhe 10 und andererseits von der gedachten gestrichelt dargestellten Verbindungslinie 12 begrenzt ist. Wird nun durch eine zu hohe Preßkraft eine unerwünschte bleibende plastische Deformation 8 erzeugt, so kann diese in den Freiraum 11 ausweichen und ist somit ihrer negativen Auswirkung auf die innere Laufbahn 3.1 des Lagerinnenringes 3 beraubt.
In 5 ist in stark übertriebener Darstellungsweise, bei der die Lagerringe 2, 3 nicht in runder, sondern in ebener Form gezeigt sind, die Annäherung von Lagerkugel 5 und Laufbahnen 2.1, 3.1 im belasteten Kontaktbereich gezeigt. Wie erkennbar, wird unter Last die Lagerkugel 5 im Bereich der Laufbahnen 2.1, 3.1 abgeplattet bzw. die Lagerkugel 5 dringt in radialer Richtung in diese ein. Bei einer Bewegung der Lagerkugel in Richtung X ist im Bereich der Enden 7.1, 7.2 eine unterschiedliche Pressfugenhöhe 10 gegeben. Diese ist in der linken Bildhälfte um den elastischen Bereich 6 geringer als in der rechten Bildhälfte. Dadurch bedingt, muss eine Lagerkugel 5 bei jeder Umdrehung im Lastbereich auf eine Fugenkante auflaufen, die um das Niveau δ höher liegt als die Rollkörper-Laufbahn-Kontakt-Zone. Diese Fugenkante wird örtlich stark beansprucht, was zur Überlastung und zum Ausbrechen von Partikeln aus der inneren Laufbahn 3.1 führen kann.
Wie nun 6 zeigt, sind zur Behebung dieses Nachteiles die Enden 7.1, 7.2 mit einer Anschrägung 9 versehen, die mindestens diesem elastischen Einfederungsanteil δ entspricht.
Bezugszeichenliste

1: Rillenkugellager
2: Lageraußenring
2.1: äußerer Laufbahn
3: Lagerinnenring
3.1: innere Laufbahn
3.2: Vorsprung
3.3: Ausnehmung
4: Käfig
5: Lagerkugel
6: Achse
7.1: Ende
7.2: Ende
8: plastische Deformation
9.1: Anschrägung
9.2: Anschrägung
10: Pressfugenhöhe
11: Freiraum
12: Verbindungslinie
δ: Einfederungsanteil

Claims

Radialwälzlager (1), bestehend aus einem Lageraußenring (2) und einem Lagerinnenring (3), zwischen denen auf zugehörigen Laufbahnen (2.1, 3.1) in einem Lagerkäfig (4) geführte Wälzkörper (5) um eine gemeinsame Lagerachse (6) abrollen, wobei zumindest der Lagerinnenring (3) als von einem ebenen endlosen Band abgelängtes und rundgebogenes Formteil ausgebildet ist, dessen in Umfangsrichtung sich berührende Enden (7.1, 7.2) durch zumindest eine an einem Ende (7.1) angeordnete Ausnehmung (3.3) und zumindest einen am anderen Ende (7.2) angeordneten Vorsprung (3.2) mit Übermaß unter Aufwenden einer Kraft ineinander gefügt und zu einem Pressverband miteinander verbunden sind, wobei im Bereich der Enden (7.1, 7.2) sowohl die zumindest eine Ausnehmung (3.3) als auch der zumindest eine Vorsprung (3.2) mit einer beim Aneinanderstoßen der Enden (7.1, 7.2) die radiale Pressfugenhöhe (10) reduzierenden und wenigstens einen Freiraum (11) bildenden Anschrägung (9.1, 9.2) versehen sind, welche der Kontur der Ausnehmung (3.3) und des Vorsprungs (3.2) folgend ausgebildet ist und deren Endtiefe zumindest einer elastischen Einfederungstiefe (δ) der Wälzkörper (5) in die Laufbahnen (2.1, 3.1) im Lastbereich des Radialwälzlagers (1) entspricht.
Radialwälzlager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschrägungen (9.1, 9.2) an den Enden (7.1, 7.2) des Lagerinnenrings (3) im Profil einen logarithmischen Verlauf oder den Verlauf einer e-Funktion aufweisen.
Radialwälzlager (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden (7.1, 7.2) des Lagerinnenrings (3) durch zwei an einem Ende (7.1) angeordnete Ausnehmungen (3.3) und zwei am anderen Ende (7.2) angeordneten Vorsprünge (3.2) miteinander verbunden sind.
Radialwälzlager (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (3.3) und die Vorsprünge (3.2) an den Enden (7.1, 7.2) des Lagerinnenrings (3) außerhalb der Laufbahn (3.1) für die Wälzkörper (5) angeordnet sind.