DE19802454A1 - Kugellager - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kugellager mit einem äußeren Laufring, einem konzentrischen inneren Laufring und mit zwischen den Laufringen angeordne­ ten Kugeln.

Kugellager der angesprochenen Art sind bekannt. Diese werden durch ihre Bauform voneinander unter­ schieden, beispielsweise in einreihige Rillenkugel­ lager, Schulterkugellager, Vierpunktlager, Axial­ rillenkugellager. Es hat sich gezeigt, daß die be­ kannten Lager einen hohen Reibwiderstand aufweisen. Dieser führt, insbesondere bei höheren Drehzahlen, zu einer deutlichen Verringerung der Leistung und Lebensdauer der Lager. Überdies sind die bekannten Kugellager nicht in allen Fällen für die Aufnahme von einem Käfig, in dem die Kugeln geführt werden, geeignet.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Kugellager der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine hohe Leistung und lange Lebensdauer aufweist, uni­ versell einsetzbar sowie kostengünstig herstellbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Kugellager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Dieses zeichnet sich dadurch aus, daß der äußere Laufring zwei und der innere Laufring einen Anlagebereich für die Kugeln oder der äußere Laufring einen und der innere Laufring zwei Anlagebereiche aufweisen. Dadurch, daß die Kugeln jeweils insgesamt nur an drei Berührungsstellen an den Laufringen anliegen, weist das Kugellager auch bei hohen Drehzahlen einen geringen Reibungswiderstand und somit einen geringen Verschleiß auf. Das Kugellager zeichnet sich insbesondere durch eine hohe Leistung und lange Lebensdauer auf. Das Kugellager ist allgemein einsetzbar, weil Kräfte in axialer, radialer und auch aus wechselnder Richtung aufgenommen werden können.

Die Anlagebereiche der beiden Laufringe für die Ku­ geln sind punkt- oder flächenförmig. Das heißt, bei einem punktförmigen Anlagebereich berühren die Ku­ geln den Laufring - zumindest theoretisch - nur in einem Punkt. Die Laufbahn der Kugeln entspricht hier einer Kreislinie. Bei einem flächenförmigen Anlagebereich liegen demgemäß die Kugeln über einen Umfangsbereich an dem Laufring an.

Es wird ein Ausführungsbeispiel des Kugellagers be­ vorzugt, das sich dadurch auszeichnet, daß die Ku­ geln in einem Käfig geführt sind, der die Kugeln auf Abstand zueinander hält. Durch den Käfig und die drei Anlagebereiche der Laufringe, an denen sich die Kugeln abrollen, ergibt sich eine kon­ stante Kugeldrehrichtung. Hierdurch kann ein Kugel­ lager mit einem sehr geringen Verschleiß und klei­ nem Reibungswiderstand realisiert werden.

Schließlich wird ein Ausführungsbeispiel des Kugel­ lagers bevorzugt, bei dem der Anlagebereich an dem Laufring, der nur einen Anlagebereich für die Ku­ geln aufweist, an einem Wandbereich beziehungsweise Wandabschnitt gebildet ist, dessen Radius größer ist als der Radius der Kugel. Dadurch kann das Ku­ gellager auch Winkelfehler der Wellenachsen aufneh­ men. Der Wandbereich/Wandabschnitt kann eine Krüm­ mung beziehungsweise einen Bogen aufweisen oder - bei einem Sonderfall, bei dem der Radius unendlich groß ist - gerade ausgebildet sein.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeich­ nung näher erläutert und zwar zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch ein erstes Aus­ führungsbeispiel eines Kugellagers;

Fig. 2 bis 4 jeweils einen Axialschnitt durch einen Teil weiterer Ausführungsbeispiele des Kugellagers und

Fig. 5 bis 7 jeweils einen Querschnitt durch einen Teil von zwei Kugellagern, die zu einem Doppellager zusammengefaßt sind.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt eines ersten Aus­ führungsbeispiels eines Kugellagers 1, das einen äußeren Laufring 3 und einen inneren Laufring 5 aufweist. Zwischen den beiden konzentrisch angeord­ neten Laufringen 3, 5 ist ein Käfig 7 vorgesehen, der eine Anzahl von Kugeln 9 in einer gewünschten Position auf Abstand zueinander hält.

Kugellager der hier angesprochenen Art sind be­ kannt, so daß hier nicht näher darauf eingegangen wird.

Der äußere und der innere Laufring des Kugellagers 1 sind vorzugsweise aus Blech in einem Umformver­ fahren hergestellt. Die Rohlinge für die beiden Laufringe 3, 5 können aus einem ebenen Blechteil ausgestanzt werden. Danach werden die beiden Lauf­ ringe 5 beispielsweise in einem Tiefziehverfahren hergestellt beziehungsweise ausgeformt. Aufgrund der einfachen Herstellung des Kugellagers ist die­ ses kostengünstig herstellbar. Vorteilhaft ist fer­ ner, daß das Kugellager durch die Blechteile nur ein geringes Gewicht aufweist. Alternativ können für Sonderausführungen des Kugellagers die Lauf­ ringe mit Hilfe einer Drehmaschine aus Vollmaterial gefertigt werden. Die aus Stahl bestehenden Lauf­ ringe 3, 5 sind vorzugsweise gehärtet. Die Härte der Laufringe beträgt bei einem bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiel 58 bis 64 Härte-Rockwell.

Der äußere Laufring 3 weist einen im wesentlichen horizontal verlaufenden ersten Wandabschnitt 11 auf, der eine obere Begrenzungsfläche für den die Kugeln 9 aufnehmenden Innenraum 13 bildet. Der äußere Laufring 3 umfaßt außerdem einen zweiten, im wesentlichen senkrecht verlaufenden Wandabschnitt 15, der eine seitliche Begrenzungsfläche sowohl für das Kugellager 1 als auch für den Innenraum 13 bil­ det.

Der innere Laufring 5 weist eine dem ersten Wandab­ schnitt 11 gegenüberliegenden ersten Wandbereich 17 auf, an den sich ein vertikal verlaufender zweiter Wandbereich 19 anschließt. Dieser geht über in einen dritten Wandbereich 21, der mit dem ersten Wandabschnitt 11 des äußeren Laufrings 3 quasi fluchtet. Der dritte Wandbereich 21 geht schließ­ lich in einen weiteren, vertikal verlaufenden vier­ ten Wandbereich 23 über, der einen inneren Freiraum 25 umschließt, in den eine mit dem Kugellager 1 zu­ sammenwirkende - nicht dargestellte - Welle einbring­ bar ist.

Die in vertikaler Richtung gemessene Höhe des zwei­ ten Wandabschnitts 15 des äußeren Laufrings 3 und der zweiten und vierten Wandbereiche 19 und 23 des inneren Laufrings 5 ist so gewählt, daß das Kugel­ lager 1 eine ebene obere Begrenzungsfläche 27 sowie eine dazu parallel verlaufende ebene untere Begren­ zungsfläche 29 aufweist.

Die Wandabschnitte 11 und 15 des äußeren Laufrings 3 gehen über einen dritten, gebogenen Wandabschnitt 31 ineinander über, so daß eine gebogene Innenflä­ che 33 ausgebildet wird. Auch die ersten und zwei­ ten Wandbereiche 17 und 19 des inneren Laufrings 5 gehen über einen fünften, geraden Wandbereich 35 ineinander über, so daß hier eine gerade Innenflä­ che 37 gebildet wird.

Der zweite Wandbereich 19 geht über einen gebogenen Wandbereich 39 in den dritten Wandbereich 21 und von dort über einen gebogenen Wandbereich 41 in den vierten Wandbereich 23 über.

Der in horizontaler Richtung gemessene Abstand des zweiten Wandbereichs 19 und des vierten Wandbe­ reichs 23 kann durch Veränderung der in horizonta­ ler Richtung gemessenen Länge des dritten Wandbe­ reichs 21 verändert werden. Damit verändert sich auch der Innendurchmesser des inneren Freiraums 25 des Kugellagers 1. Es zeigt sich also, daß durch eine Veränderung der Länge des dritten Wandbereichs 21 eine Anpassung des Kugellagers 1 an verschiedene Wellendurchmesser problemlos möglich ist. Dabei ist insbesondere wichtig, daß der dem Innenraum 13 zu­ gewandte Bereich des inneren Laufrings 5, der Käfig 7 und der äußere Laufring 3 unverändert bleiben können. Es ist also auf einfache Weise möglich, das Kugellager 1 an verschiedene Wellendurchmesser an­ zupassen, ohne dabei die Abrolleigenschaften der Kugeln 9 auf den Innenflächen 33 und 37 zu verän­ dern. Besonders vorteilhaft ist ferner, daß Tole­ ranzen in der Dicke des Blechs, aus dem die Lauf­ ringe 3, 5 hergestellt sind, und die Herstelltole­ ranzen des Kugellagers durch die Formgebung des in­ neren Laufrings 3 ausgeglichen werden können.

Die Innenfläche 33 des äußeren Laufrings 3 ist kreisbogenförmig gekrümmt und weist einen Innenra­ dius R1 auf. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß der Radius R1 der Kreisbogenkontur der Innenfläche 33 kleiner ist als der mit r gekennzeichnete Radius der Kugel 9. Aufgrund dieser Ausgestaltung der In­ nenfläche 33 und durch die gerade Innenfläche 37 des inneren Laufrings 5 ergeben sich insgesamt drei definierte Anlagebereiche A1, A2 und A3, an denen die Kugeln 9 an den Laufringen anliegen. Der äußere Laufring 3 weist die Anlagebereiche A1 und A2 und der innere Laufring 5 den Anlagebereich A3 auf. In diesen Anlagebereichen rollen die Kugeln 9 an den Laufringen 3, 5 ab. Bei dem in Fig. 1 dargestell­ ten Ausführungsbeispiel sind die Anlagebereiche A1, A2 und A3 - zumindest theoretisch - punktförmig aus­ gebildet, das heißt die Kugeln 9 berühren die Lauf­ ringe an diesen Stellen jeweils nur in einem Punkt.

Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird auch dann von einer "punktförmigen" Berüh­ rung/Anlage der Kugeln 9 an den Laufringen 3, 5 ge­ sprochen, wenn im Wälzkontakt unter Last infolge von "Abplattung" eine Berührfläche zwischen den Ku­ geln und den Innenflächen der Laufringe in den An­ lagebereichen gebildet wird.

Die erste Anlagefläche A1 liegt auf einer gedachten ersten Geraden G1, die den Mittelpunkt der Kugel 9 schneidet und hier parallel zur Rotationsachse 43 des Kugellagers 1 verläuft. Der zweite Anlagebe­ reich A2 liegt auf einer gedachten zweiten Geraden G2, die - entgegen dem Uhrzeigersinn gesehen - gegen­ über der ersten Geraden G1 um einen Winkel α ge­ neigt ist, der bei diesem Ausführungsbeispiel 90° beträgt. Durch variieren der Kontur der Innenfläche 33 kann der Winkel α ohne weiteres in einem Bereich von 70° bis 110° variiert werden. Der dritte Anla­ gebereich A3 liegt auf einer gedachten dritten Ge­ raden G3, die entgegen dem Uhrzeigersinn gegenüber der ersten Geraden G1 um einen Winkel β geneigt ist, der vorzugsweise in einem Bereich von 30° bis 60° und bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel 45° beträgt. Aufgrund der Anordnung der Anlagebereiche A1, A2, A3 kann das Kugellager 1 Kräfte in axialer, radialer und aus wechselnder Richtung problemlos aufnehmen, ohne daß sich da­ durch das Abrollverhalten der Kugeln 9 ändert. Die Reibung und somit die Wärmeentwicklung des Kugella­ gers 1 sowie dessen Verschleiß sind daher gering.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt eines zweiten Aus­ führungsbeispiels des Kugellagers 1. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, so daß auf deren Beschreibung anhand von Fig. 1 verwiesen wird. Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Aus­ führungsbeispiele unterscheiden sich ausschließlich dadurch, daß bei der Variante gemäß Fig. 2 der äußere Laufring 3 mit einem senkrecht zur Rotati­ onsachse 43 des Lagers verlaufenden Flansch 45 ver­ sehen ist, der einstückig an dem äußeren Laufring 3 angeformt ist.

Fig. 3 zeigt einen Axialschnitt durch einen Teil eines dritten Ausführungsbeispiels des Kugellagers 1. Teile, die mit denen in Fig. 1 übereinstimmen, sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Im fol­ genden wird lediglich auf die Unterschiede näher eingegangen.

Die Wandbereiche 17 und 19 des inneren Laufrings 5 gehen bei diesem Ausführungsbeispiel über einen ge­ bogenen Wandabschnitt 35' ineinander über, so daß eine gebogenen Innenfläche 39' ausgebildet wird. Diese ist kreisbogenförmig gekrümmt und weist einen Innenradius R2 auf, der größer ist als der Radius r der Kugeln 9. Durch die Kreisbogenkontur der Innen­ fläche 37' ergibt sich ein flächiger Anlagebereich der Kugeln 9 am inneren Laufring 5, das heißt, die Kugeln liegen über einen Umfangsbereich an der In­ nenfläche 37' an. Es wird ohne weiteres deutlich, daß auch bei dieser Ausgestaltung der Laufringe 3, 5 sich lediglich drei Anlagebereiche A1, A2, A3 für die Kugeln ergeben. Auch bei dieser Ausführungsva­ riante des Kugellagers weist der äußere Laufring 3 zwei - hier punktförmige - Anlagebereiche A1 und A2 und der innere Laufring 5 einen - flächenförmig aus­ gebildeten - Anlagebereich A3 auf. Auch das in Fig. 3 dargestellte Kugellager 1 kann Kräfte in axialer und radialer Richtung sowie auch aus wechselnder Richtung problemlos aufnehmen. Trotz des flächen­ förmigen Anlagebereichs A3 weist das Kugellager 1 gegenüber bekannten Kugellagern eine kleinere Rei­ bung und einen geringeren Verschleiß auf. Da der Radius R2 der Innenfläche 37' größer ist als der Radius r der Kugeln 9, kann das Kugellager 1 auch Winkelfehler der Wellenachsen aufnehmen beziehungs­ weise kompensieren.

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt eines Teils eines vierten Ausführungsbeispiels des Kugellagers 1, das sich von den anhand der Fig. 1 bis 3 beschriebe­ nen Kugellagern im wesentlichen dadurch unterschei­ det, daß der äußere Laufring 3 nur einen Anlagebe­ reich A3 und der innere Laufring 5 zwei Anlagebe­ reiche A1 und A2 aufweist. Dies wird einerseits da­ durch realisiert, daß die Wandabschnitte 11 und 15 des äußeren Laufrings 3 über einen geraden Wandab­ schnitt 31' ineinander über gehen, so daß eine ge­ rade Innenfläche 33' gebildet wird. Die Innenfläche 33' weist einen punktförmigen Anlagebereich A3 für die Kugeln 9 auf. Andererseits gehen die Wandberei­ che 17 und 19 des inneren Laufrings 5 über einen gebogenen Wandbereich 35'' ineinander über, so daß eine kreisbogenförmig gekrümmte Innenfläche 37'' gebildet wird. Deren Radius R1 ist kleiner als der Radius r der Kugeln 9. Dadurch ergeben sich am in­ neren Laufring 5 zwei punktförmige Anlagebereiche A1 und A2 für die Kugeln 9.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbei­ spiel sind die Abstände der Anlagebereiche A1, A2, A3 zueinander über den Umfang der Kugel 9 identisch mit den Abständen der Anlagebereiche der anhand der Fig. 1 bis 3 beschriebenen Kugellager. Das heißt, die gedachte zweite Gerade G2, auf der der Anlagebereich A2 liegt, ist gegenüber der ersten Geraden G1, auf der der Anlagebereich A1 liegt, um einen Winkel α von 90° geneigt. Die dritte Gerade G3, auf der der Anlagebereich A3 liegt, ist gegen­ über der ersten Geraden G1 um einen Winkel β von 45° geneigt. Unabhängig davon, an welchem der bei­ den Laufringe zwei beziehungsweise ein Anlagebe­ reich für die Kugeln ausgebildet ist, sind die Ab­ stände der Anlagebereiche A1 bis A3 zueinander, also die Winkel α und β, variierbar.

Nach allem wird deutlich, daß die Kontur der Innen­ flächen 33 und 37, an denen die Kugeln an drei Stellen (Anlagebereiche) an den Laufringen 3, 5 an­ liegen, praktisch beliebig variierbar sind. Bei ei­ nem Vergleich der in den Fig. 3 und 4 darge­ stellten Ausführungsbeispiele des Kugellagers 1 wird deutlich, daß durch die Ausgestaltung der Kon­ tur der Innenflächen 33, 37 der Laufringe 3, 5 festgelegt wird, an welchem der beiden Laufringe die Kugeln 9 an zwei und an welchem der Laufringe an einer Stelle berühren beziehungsweise anliegen.

Fig. 5 und 6 zeigen jeweils zwei identisch auf­ gebaute, anhand von Fig. 2 beschriebene Kugellager 1, die miteinander kombiniert sind. Die Kugellager 1 sind symmetrisch angeordnet (Tandemanordnung), so daß auf einfache Weise ein auch als zweireihiges Lager bezeichnetes Doppellager realisiert ist. Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden Kugellager 1 derart angeordnet, daß deren Begrenzungsflächen 27 aneinander anliegen, so daß ein Zwischenraum 47 zwischen den Flanschen 45 an den äußeren Laufringen 3 gebildet wird. Bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel liegen die Kugellager 1 mit ihren Begrenzungsflächen 29 und ihren Flanschen 45 aneinander an. Die Kugella­ ger 1 sind gegenseitig gepaart, wodurch in vorteil­ hafter Weise ein Austreten von Fett aus dem Innen­ raum 13 der Kugellager 1 auf ein Minimum begrenzt ist.

Die in den Fig. 5 und 6 dargestellten, mit einem Flansch 45 ausgebildeten Kugellager, die in Tandem­ bauweise verwendet werden, können durch eine Ver­ bindung im Flanschbereich zusammengehalten werden. Es ist auch möglich, den Flansch 45 in einem die Kugellager verbindenden Kunststoffteil einzusprit­ zen.

Fig. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel ei­ nes Doppellagers, dessen Kugellager 1 im Aufbau und Ausgestaltung dem anhand von Fig. 1 beschriebenen Kugellager entsprechen. Durch die senkrechten Wandabschnitte 15 des äußeren Laufrings 3 weist das Doppellager eine zylindrische Außenkontur auf.

Die Teile der anhand der Fig. 1 bis 7 beschrie­ benen Kugellager 1, also der äußere Laufring 3, der Käfig 7 mit den Kugeln 9 und der innere Laufring 5 bilden nach dem Einbau eine Baueinheit. Die einzel­ nen Elemente werden durch Einklemmen oder Verpres­ sen zusammengehalten.

Allen Ausführungsbeispielen der Kugellager ist ge­ meinsam, daß die Zwischenräume zwischen den Lauf­ ringen 3, 5 eng sind, so daß das Kugellager einer­ seits vor dem Eintritt von Fremdpartikeln in den Innenraum 13 geschützt wird. Andererseits wird ein Austritt von Fett aus dem Innenraum 13 auf ein Mi­ nimum beschränkt. Die Kugellager sind also weitge­ hend geschlossen, so daß das Fett im Lager zurück­ gehalten wird.

Zum Einpassen des äußeren Laufrings 3 in eine Boh­ rung und zum Aufpressen des inneren Laufrings 5 auf eine Welle, kann an den Begrenzungsflächen 27, 29 der Laufringe 3, 5 mit einem Montagewerkzeug auf das Kugellager eingewirkt werden.

Das hier beschriebene Kugellager zeichnet sich durch einen sehr einfachen Aufbau, durch eine va­ riable Verwendungsmöglichkeit und durch einen sehr geringen Verschleiß aus. In axialer und radialer Richtung und auch aus wechselnder Richtung wirkende Kräfte werden sicher abgefangen.

Claims (10)

1. Kugellager mit einem äußeren Laufring, einem konzentrischen inneren Laufring und mit zwischen den Laufringen angeordneten Kugeln, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der äußere Laufring (3) zwei und der innere Laufring (5) einen Anlagebereich (A1; A2; A3) für die Kugeln (9) oder der äußere Laufring (3) einen und der innere Laufring (5) zwei Anlageberei­ che (A1; A2; A3) aufweisen.

2. Kugellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Anlagebereiche (A1; A2; A3) punkt- oder flächenförmig sind.

3. Kugellager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kugeln (9) in einem Käfig (7) geführt sind.

4. Kugellager nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß ein an dem Lauf­ ring (3; 5) mit zwei Anlagebereichen gebildeter er­ ster Anlagebereich (A1) auf einer gedachten, den Mittelpunkt der Kugel (9) schneidenden ersten Gera­ den (G1) und der zweite Anlagebereich (A2) an die­ sem Laufring (3; 5) auf einer gedachten zweiten Ge­ raden (G2) liegen, und daß die zweite Gerade (G2) gegenüber der ersten Geraden (G1) um einen Winkel α geneigt ist, der in einem Bereich von 70° bis 110° liegt, vorzugsweise 90° beträgt.

5. Kugellager nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Laufring (3; 5) mit einem Anlagebereich (A3) für die Kugeln (9), dieser auf einer gedachten dritten Geraden (G3) liegt, die gegenüber der ersten Geraden (G1) um einen Winkel β geneigt ist, der in einem Bereich von 30° bis 60° liegt, vorzugsweise 45° beträgt.

6. Kugellager nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anla­ gebereich (A3) an dem Laufring, der nur einen Anla­ gebereich für die Kugeln (9) aufweist, an einem Wandbereich (35; 35') oder Wandabschnitt (31; 31') gebildet ist, dessen Radius (R2) größer ist als der Radius (r) der Kugel.

7. Kugellager nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Lauf­ ring (5) auf verschiedene Wellendurchmesser an­ paßbar ist, und daß der äußere Laufring (3) und/oder der Käfig (7) bei verschiedenen Wellen­ durchmesser unverändert verwendbar sind.

8. Kugellager nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Ausbildung eines zweireihigen Kugellagers verwendbar ist.

9. Kugellager nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Lauf­ ring (3) einen Flansch (45) aufweist.

10. Kugellager nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufringe (3; 5) aus Blech hergestellt sind.