DE19952120A1

DE19952120A1 - Kombiniertes Axial-Radial-Kugellager

Info

Publication number: DE19952120A1
Application number: DE19952120A
Authority: DE
Inventors: Joachim Ritter; Ernst Neuwirth
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: IHO Holding GmbH and Co KG
Priority date: 1999-10-29
Filing date: 1999-10-29
Publication date: 2001-05-03

Abstract

Ein kombiniertes Axial-Radial-Kugellager ist mit einem Axialkäfig (11) versehen, in dessen Taschen (10) Kugeln (9) aufgenommen sind, die an axial einander zugewandten Laufbahnen (7, 8) abwälzen. Ferner sind Kugeln (5) vorgesehen, die an radial einander zugewandten Laufbahnen (3, 4) abwälzen. Der Axialkäfig (11) weist eine Käfigscheibe (12) auf, deren sich in Umfangsrichtung etwa keilförmig verjüngende Taschen (10) in Umfangsrichtung erstreckende Taschenwände (15) aufweisen, die als Auflauframpen (16) ausgebildet sind, auf die die Kugeln (9) in Richtung der Verjüngung der Taschen (10) auflaufen.

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft kombinierte Axial-Radial-Kugellager, die bei spielsweise im Werkzeugmaschinenbau zur Lagerung von Spindeln vorgese hen sind. Derartige kombinierte Axial-Radial-Kugellager nehmen Kräfte sowohl in axialer als auch in radialer Belastungsrichtung auf und zeichnen sich durch eine besonders kompakte Bauweise aus. Vorzugsweise sind derartige Axial- Radial-Kugellager als Baueinheit ausgebildet.

Aus DE 195 14 506 beispielsweise ist ein kombiniertes Axial-Radial-Kugellager bekannt, das einen Axialkäfig aufweist, in dessen Taschen Kugeln aufgenom men sind, die an axial einander zugewandten Laufbahnen abwälzen. Ferner sind Kugeln vorgesehen, die an radial einander zugewandten Laufbahnen ab wälzen. Dieses Axial-Radial-Kugellager ist zusätzlich mit einem Klemmrollen freilauf versehen, bei dem Klemmrollen gegen Klemmbahnen angefedert sind. Die Unterbringung des Klemmrollenfreilaufs in dem kombinierten Axial-Radial- Kugellager erfordert einen erhöhten Bauraumbedarf, wobei die Ringe des Ra dialkugellagers axial verlängert sind, um an ihren einander zugewandten Um fangsseiten Klemmrampen bzw. Klemmbahnen für die Klemmrollen auszubil den.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein kombiniertes Axial- Radial-Kugellager nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 anzugeben, bei dem die zusätzliche Anordnung einer Freilaufkupplung keinen oder nur einen geringfügig erhöhten Bauraumbedarf erfordert.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Axialkäfig eine Käfigscheibe aufweist, dessen sich in Umfangsrichtung etwa keilförmig verjün gende Taschen in Umfangsrichtung erstreckende Taschenwände aufweisen, die als Auflauframpen ausgebildet sind, auf die die Kugeln in Richtung der Verjüngung der Taschen auflaufen.

In der einen Drehrichtung wälzen die Kugeln des Axiallagers zunächst an den beiden Laufbahnen ab in Richtung auf das verjüngte Ende der Taschen, wobei die Kugeln schließlich zwischen den seitlich an den Taschen vorgesehenen Auflauframpen einerseits und der anderen Laufbahn andererseits eingeklemmt sind. In der anderen Drehrichtung wälzen die Kugeln von dem verjüngten Ende hin zu einem erweiterten Ende der Taschen. Wenn die Kugeln in diesem er weiterten Ende angeordnet sind, können sie - wie es bei jedem handelsübli chen Käfig für Wälzlager der Fall ist - durch die Tasche hindurchgreifen und in Wälzkontakt mit beiden Laufbahnen stehen. In dieser Drehrichtung dient der Käfig somit in bekannter Weise der Halterung und/oder der Führung der Ku geln. Das Axialkugellager übernimmt daher zugleich die Funktion eines Klemmkugelfreilaufs. Im Gegensatz zu bekannten Axial-Radial-Kugellagern benötigt das erfindungsgemäße Axial-Radial-Kugellager keine zusätzlichen Bauteile, um zusätzlich die Funktion einer Freilaufkupplung zu übernehmen.

Der Bauraumbedarf ist nicht vergrößert, weil lediglich der Axialkäfig in der be schriebenen Weise modifiziert wird.

Die sich in Umfangsrichtung etwa keilförmig verjüngenden Taschen können etwa nierenförmig ausgebildet sein. Die lichte Öffnungsweite des verjüngten Endes ist kleiner als die lichte Öffnungsweite an dem gegenüberliegenden er weiterten Ende der Tasche. Die lichte Öffnungsweite an dem erweiterten Ende ist so groß gemessen, dass die Kugel mit einem Teil ihres Umfangs soweit durch die Tasche durchgreifen kann, dass sie in Wälzkontakt mit der darunter liegenden Laufbahn steht. Wälzt die Kugel in Richtung auf das verjüngte Ende, greifen die Auflauframpen zwischen die darunterliegende Laufbahn und die Kugel. Der Käfig wird gegen die unter den Auflauframpen liegende Laufbahn angedrückt bzw. der Käfig ist an dieser unten liegenden Laufbahn abgestützt. Die Kugeln heben von der unter den Auflauframpen angeordneten Laufbahn ab und sind nun zwischen den Auflauframpen und der über den Auflauframpen angeordneten Laufbahn infolge einer Keilwirkung eingeklemmt. Ein Drehmo ment kann nun übertragen werden.

Mit anderen Worten lässt sich die Erfindung auch wie folgt beschreiben: Ein Kugeläquator liegt mittig zwischen den sich in Umfangsrichtung erstreckenden Taschenwänden, wobei die Ebene des Kugeläquators quer zu den Laufbahnen angeordnet ist. Bei einem anfänglichen Kontakt der Kugel mit den Auflaufram pen sind die beiden Kontakte der Kugel mit den Auflauframpen von dem Ku geläquator weit beabstandet. Wälzt oder schiebt die Kugel weiter in Richtung auf das verjüngte Ende der Tasche, verschieben sich diese Kontakte in Rich tung auf den Kugeläquator. Das bedeutet, es findet auch eine axiale Relativ verschiebung zwischen der Käfigscheibe und der Kugel statt, die auch als Keilwirkung zum Einklemmen der Kugeln genutzt wird.

Diese zwangsweise axiale Relativverschiebung zwischen Kugel und Käfig scheibe wird bei einer erfindungsgemäßen Weiterbildung dahingehend ge nutzt, dass der Axialkäfig mittels Federkraft derart angefedert ist, dass die zwi schen den Auflauframpen des Axialkäfigs und der anderen Laufbahn angeord neten Kugeln unter dieser Federkraft in Richtung auf das erweiterte umfangs seitige Ende der Taschen verlagert werden. Diese erfindungsgemäße Weiter bildung dient dazu, die Kugeln in Richtung auf das erweiterte Ende der Ta schen zu drücken. In der nicht gesperrten Drehrichtung können die Kugeln von den Auflauframpen in Richtung auf das erweiterte Ende abwälzen, wobei unter dieser Federkraft die Kugeln gegen das erweiterte Ende der Tasche ange drückt werden. Auf diese Weise ist eine einwandfreie Positionierung der Ku geln in den Taschen gewährleistet. Als Federn eignen sich Schraubenfedern, Wellfedern oder jede andere Federart.

Wenn die lichte Öffnungsweite der Taschen kleiner ist als der Durchmesser der Kugeln, ist gewährleistet, dass die Kugeln nicht durch die Taschen hindurch fallen können.

Vorzugsweise ist die Käfigscheibe mit Stützen für die Kugeln versehen, die jeweils an den erweiterten umfangsseitigen Enden der Taschen angeordnet sind. Weiter oben wurde beschrieben, dass die Kugeln unter Federkraft in Richtung auf die erweiterten umfangsseitigen Enden verlagert werden. Die Stützen verhindern, dass die Kugeln in Umfangsrichtung aus ihren Taschen herausrollen oder schieben können.

Eine weitere besonders bevorzugte erfindungsgemäße Weiterbildung sieht ineinander angeordnete Laufringe vor, an deren einander zugewandten Um fangsseiten Kugelrillen ausgebildet sind, wobei einer der Laufringe mit einem vorzugsweise einstückig angeformten Radialflansch versehen ist, an dessen Stirnseite und an einer dieser Stirnseite zugewandten Stirnseite des anderen Laufrings die axial einander zugewandten Laufbahnen ausgebildet sind. Mit dieser erfindungsgemäßen Weiterbildung ist eine Baueinheit geschaffen, deren Teile unverlierbar mit einander verbunden sind. Die Klemmkräfte, die dann entstehen, wenn die Kugeln zwischen den Auflauframpen und der anderen Laufbahn eingeklemmt sind, werden von dem Radialrillenkugellager aufgefan gen, das in bekannter Weise neben radialen Kräften auch axiale Kräfte auf nehmen kann.

Für eine einfache Montage dieser erfindungsgemäßen Weiterbildung bietet sich an, die axial einander zugewandten Laufbahnen plan auszubilden.

Vorzugsweise weist der Axialkäfig einen hohlzylindrischen Führungsansatz auf, der auf dem einen Laufring drehbar angeordnet ist. Auf diese Weise ist eine einwandfreie Zentrierung des Axialkäfigs gewährleistet. Weiterhin dient dieser Führungsansatz als Führung, wenn der Axialkäfig unter der oben beschriebe nen Federkraft bzw. dem Ab- oder Aufrollen der Kugeln auf die Auflauframpen axial verschoben wird.

Zwischen dem einen Laufring und dem Axialkäfig kann eine Feder angeordnet sein, die den Axialkäfig in der beschriebenen Weise auf den anderen Laufring axial anfedert. Anstelle einer aufwändigen Einzelanfederung der Kugeln genügt eine zentral angeordnete Feder.

Der beschriebene Axialkäfig eignet sich unabhängig von kombinierten Axial- Radial-Kugellagern auch für reine Axiallager, die zusätzlich mit einer Freilauf kupplung versehen sein soll. Auch bei dieser Anwendung entfaltet das Axialla ger die Vorteile gemäß dieser Erfindung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in insgesamt vier Figuren dar gestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemä ßen Axial-Radial-Kugellagers;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch das erfindungsgemäße Axial- Radial-Kugellager aus Fig. 1;

Fig. 3 eine Einzelheit des erfindungsgemäßen Axial-Radial- Kugellagers und

Fig. 4 eine weitere Einzelheit.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt den Aufbau eines erfindungsgemäßen kombinierten Axial-Radial- Kugellagers. Zwei ineinander angeordnete Laufringe 1, 2 weisen an ihren ein ander zugewandten Umfangsseiten Kugelrillen 3, 4 für Kugeln 5 auf, die an diesen Kugelrillen 3, 4 abwälzen. Der innere Laufring 2 ist mit einem einstückig angeformten Radialflansch 6 versehen, der den anderen Laufring 1 stirnseitig hintergreift. An ihren einander zugewandten Stirnseiten sind an dem Radial flansch 6 und an dem Laufring 1 plane Laufbahnen 7, 8 ausgebildet, wie deut lich der Fig. 3 zu entnehmen ist. An diesen planen Laufbahnen 7, 8 wälzen Kugeln 9 ab.

Die Kugeln 9 des Axialkugellagers sind in Taschen 10 eines Axialkäfigs 11 aufgenommen. Der Axialkäfig 11 umfasst eine Käfigscheibe 12, die mit den Taschen 10 versehen ist, und einen koaxial zu den Laufringen 1, 2 angeord neten hohlzylindrischen Führungsansatz 13, der auf dem inneren Laufring 2 drehbar und axial verschiebbar angeordnet ist. Die Käfigscheibe 12 ist mit Stützen 12a versehen, die jeweils an erweiterten umfangsseitigen Enden der Taschen 10 angeordnet sind.

Weiterhin ist eine Schraubendruckfeder 14 vorgesehen, die einerseits an dem Radialflansch 6 abgestützt ist und die andererseits den Axialkäfig 11 axial in Richtung auf den Laufring 1 anfedert.

Der Fig. 2 ist deutlich die Ausbildung der Taschen 10 des Axialkäfigs 11 zu entnehmen. Die Taschen 10 erstrecken sich in Umfangsrichtung in etwa nie renförmig, wobei sich die Taschen 10 in Umfangsrichtung verjüngen. In Um fangsrichtung erstreckte Taschenwände 15 sind als Auflauframpen 16 für die Kugeln 9 ausgebildet. Die Auflauframpen 16 sind zueinander geneigt angeord net und der planen Laufbahn 7 zugewandt.

Nachstehend wird die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Axial-Radial- Kugellagers näher erläutert. Fig. 4 zeigt in schematischer Darstellung zwei Positionen der Kugeln 9 in den Taschen 10. Wenn die Kugeln 9 in dem erwei terten umfangsseitigen Ende der Taschen 10 angeordnet sind, greifen sie mit einem Teil ihres Umfangs durch die Tasche 10 hindurch und sind in Wälzkon takt mit der Laufbahn 8. In der einen Drehrichtung des Wälzlagers wälzen die Kugeln 9 demzufolge an den Laufbahnen 7, 8 ab und stützen sich gleichzeitig an den Stützen 12a ab. Die an diesem umfangsseitigen Ende angeordneten Kugeln sind in der Fig. 4 gestrichelt dargestellt, wobei die Laufbahn 8 eben falls gestrichelt dargestellt ist.

In der entgegengesetzten Drehrichtung wälzen Kugeln 9 in Richtung auf das verjüngte umfangsseitige Ende der Taschen 10. Die an diesem verjüngten umfangsseitigen Ende angeordnete Kugeln 9 sind in der Fig. 4 mit einer durchgezogenen Linie dargestellt. Die Kugeln 9 sind auf ihrem Weg von dem erweiterten umfangsseitigen Ende hin zu dem verjüngten umfangsseitigen En de auf die Auflauframpen 16 aufgelaufen und sind nun zwischen den Auflauf rampen 16 und der Laufbahn 7 eingekeilt.

Der Figür 4 ist deutlich zu entnehmen, dass eine axiale Relativverschiebung zwischen der Käfigscheibe 12 und der Kugeln 9 stattfindet, wenn die Kugel 9 aus der einen in die andere Position verlagert wird. Während ihrer Verlagerung auf das verjüngt umfangsseitige Ende der Tasche 10 wird die Kugel infolge einer Keilwirkung zwischen den Auflauframpen 16 einerseits und der über den Auflauframpen 16 angeordneten Laufbahn 7 andererseits eingekeilt. In ihrer eingeklemmten Position hat die Kugel 9 von der Laufbahn 8 abgehoben, die in Fig. 4 als durchgezogene Linie dargestellt ist. Die Käfigscheibe 12 ist bei eingeklemmten Kugeln 9 entgegen der Federkraft der Schraubendrehfeder 14 an die unter den Auflauframpen 16 angeordnete Laufbahn 8 angedrückt. Wenn die Kugeln 9 zwischen den Auflauframpen 16 und der Laufbahn 7 eingekeilt sind, werden axiale Klemmkräfte auf den äußeren Laufring 1 übertragen, und von dort über die Kugeln 5 auf den inneren Laufring 2.

Wird nun das Wälzlager wieder in entgegengesetzter Richtung gedreht, rollen die Kugeln 9 entlang den Auflauframpen 16 und gelangen schließlich wieder in das erweiterte Ende der Taschen 10. Diese Verlagerung wird unterstützt durch die Schraubendruckfeder 14, die die Kugeln 9 zwischen den Auflauframpen 16 und der Laufbahn 7 anfedert, bis die Kugeln 9 wieder in Wälzkontakt mit bei den Laufbahnen 7, 8 sind. Die Doppelkeilform der beiden Anlauframpen 16 und die erzwungene Axialverschiebung zwischen Kugeln 9 und Käfig 10 bedingen eine in Umfangsrichtung wirksame Kraftkomponente der axialen Federkraft.

Die erwähnte Axialverschiebung zwischen Käfig 11 und Kugeln 9 kann auch folgendermaßen erläutert werden: In der Fig. 4 ist ein Kugeläquator in einer Ebene K angeordnet. Diese Ebene liegt mittig zwischen den sich in Umfangs richtung erstreckenden Taschenwänden 15. Wenn die Kugeln 9 in Wälzkontakt mit der Laufbahn 8 sind (gestrichelt dargestellt), liegt ein Abstand b von einem Kontakt zwischen Auflauframpe 16 und Kugel 9 einerseits und der Ebene K andererseits vor. Wenn die Kugeln 9 eingeklemmt sind (durchgezogene Linie), liegt ein Abstand a von einem Kontakt zwischen Auflauframpe 16 und Kugel 9 einerseits und der Ebene K andererseits vor. Der Abstand a ist kleiner als der Abstand b. Die Kugel 9 wird also angehoben.

Fig. 4 dient lediglich der Veranschaulichung der Wirkungsweise der Erfin dung. In der Anwendung findet eine axiale Verlagerung des Käfigs und der Kugeln statt, während der axiale Abstand der beiden gegenüber liegenden Laufbahnen konstant bleibt. Für einfache Anwendungen mag es auch genü gen, eine erfindungsgemäße Anordnung ohne die beschriebene Feder vorzu sehen. In diesem Fall kann der Käfig auf der unter den Auflauframpen ange ordneten Laufbahn aufliegen.

Bezugszahlen

1

Laufring

2

Laufring

3

Kugelrille

4

Kugelrille

5

Kugel

6

Radialflansch

7

Laufbahn

8

Laufbahn

9

Kugel

10

Tasche

11

Axialkäfig

12

Käfigscheibe

12

a Stütze

13

Führungsansatz,

14

Scheibendruckfeder

15

Taschenwand

16

Auflauframpe

Claims

1. Kombiniertes Axial-Radial-Kugellager, mit einem Axialkäfig (11), in dessen Taschen (10) Kugeln (9) aufgenommen sind, die an axial einander zuge wandten Laufbahnen (7. 8) abwälzen, und mit Kugeln (5), die an radial ein ander zugewandten Laufbahnen (3, 4) abwälzen, dadurch gekennzeich net, dass der Axialkäfig (11) eine Käfigscheibe (12) aufweist, deren sich in Umfangsrichtung etwa keilförmig verjüngende Taschen (10) in Umfangs richtung erstreckende Taschenwände (15) aufweisen, die als Auflaufram pen (16) ausgebildet sind, auf die die Kugeln (9) in Richtung der Verjün gung der Taschen (10) auflaufen.

2. Kombiniertes Axial-Radial-Kugellager nach Anspruch 1, bei dem die zuein ander geneigt angeordneten Auflauframpen (16) einer Tasche (10) der an deren Laufbahn (7) zugewandt sind.

3. Kombiniertes Axial-Radial-Wälzlager nach Anspruch 1, bei dem der Axial käfig (11) mittels Federkraft axial derart angefedert ist, dass die zwischen den Auflauframpen (16) des Axialkäfigs (11) und der anderen Laufbahn (7) angeordneten Kugeln (9) unter dieser Federkraft in Richtung auf das er weiterte umfangsseitige Ende der Taschen (10) verlagert werden.

4. Kombiniertes Axial-Radial-Wälzlager nach Anspruch 1, bei dem die lichte Öffnungsweite der Taschen (10) kleiner ist als der Durchmesser der Kugeln (9).

5. Kombiniertes Axial-Radial-Wälzlager nach Anspruch 1, bei dem die Käfig scheibe (12) mit Stützen (12a) für die Kugeln (9) versehen ist, die jeweils an erweiterten umfangsseitigen Enden der Taschen (10) angeordnet sind.

6. Kombiniertes Axial-Radial-Wälzlager nach Anspruch 1, bei dem ineinander angeordnete Laufringe (1, 2) vorgesehen sind, an deren einander zuge wandten Umfangsseiten Kugelrillen (3, 4) ausgebildet sind, wobei einer der Laufringe (2) mit einem vorzugsweise einstückig angeformten Radialflansch (6) versehen ist, an dessen Stirnseite und an einer dieser Stirnseite zuge wandten Stirnseite des anderen Laufrings (1) die axial einander zuge wandten Laufbahnen (7, 8) ausgebildet sind.

7. Kombiniertes Axial-Radialwälzlager nach Anspruch 6, bei dem die axial einander zugewandten Laufbahnen (7, 8) plan ausgebildet sind.

8. Kombiniertes Axial-Radial-Wälzlager nach Anspruch 6, bei dem der Axial käfig (11) einen hohlzylindrischen Führungsansatz (13) aufweist, der auf dem einen Laufring (2) drehbar angeordnet ist.

9. Kombiniertes Axial-Radial-Wälzlager nach Anspruch 6, bei dem eine zwi schen dem einen Laufring (2) und dem Axialkäfig (11) angeordnete Feder (Schraubendruckfeder 14) vorgesehen ist, die den Axialkäfig (11) in Rich tung auf den anderen Laufring (1) axial anfedert.