DE2338144A1

DE2338144A1 - Roller bearing for two-speed drive pinion - reduces roller and track wear with out-of-balance cage

Info

Publication number: DE2338144A1
Application number: DE19732338144
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Industriewerk Schaeffler OHG
Current assignee: IHO Holding GmbH and Co KG
Priority date: 1973-07-27
Filing date: 1973-07-27
Publication date: 1975-02-13

Abstract

The invention applies to a pinion forming part of a two-speed drive when the pinion either runs freely on the shaft or is directly coupled to it. The pinion is mounted on the shaft by means of a roller bearing with rollers side plates and roller spacing members. The spacers are heavier than the spacers causing an out-of-balance which generates a centrifugal force at high speed. When the pinion and shaft rotate together this centrifugal force prevents the cage from staying in the same position relative to the shaft and pinion and so prevents localised wear.

Description

Industriewerk Schaeffler oHG, 8522 Herzogenaurach Industriestraße 1-3Industriewerk Schaeffler oHG, 8522 Herzogenaurach Industriestraße 1-3

PG 1541 Pt-K/GrPG 1541 Pt-K / Gr

Lagerung eines auf einer Welle wahlweise frei umlaufenden oder mit dieser kuppelbaren BauteilesStorage of a component that rotates freely on a shaft or that can be coupled to it

Die Erfindung betrifft die Lagerung eines auf einer Welle wahlweise frei umlaufenden oder mit dieser zur Übertragung eines Drehmomentes kuppelbaren Bauteiles durch in den Taschen eines Käfigs aufgenommene Wälzkörper.The invention relates to the mounting of a shaft either freely rotating on a shaft or with it for transmission of a torque-coupled component by means of rolling elements received in the pockets of a cage.

Ein häufiger Anwendungsfall für eine solche Lagerung findet sich in Schaltgetrieben, wo derart gelagerte Zahnräder teils frei auf der sie aufnehmenden Welle umlaufen können, teils aber auch starr mit der Welle gekuppelt werden, um dann ein Drehmoment zu übertragen. Der letztgenannte Fall, bei dem die Wälzlagerung ihre Lagerfunktion nicht ausübt, sondern die Wälzkörper an Ort und Stelle stehen bleiben, ist der für die Lebensdauer des Lagers kritische. Die außerordentlich kleinen zwischen den Wälzkörpern einerseits und den zugehörigen Wälzkörperlaufbahnen andererseits vorhandenen Übertragungsflächen bedingen schon bei geringen Kräften eine sehr hohe Flächenpressung, die zu Eindrückungen mulden- oder rinnenförmiger Art führen.A frequent application for such a storage is found in manual transmissions, where such mounted gears are partly can rotate freely on the shaft receiving them, but can also be coupled rigidly to the shaft in order to then have a To transmit torque. The latter case, in which the roller bearing does not exercise its bearing function, but the rolling elements remain in place is critical for the service life of the bearing. The extraordinary small between the rolling elements on the one hand and the associated rolling element raceways on the other hand Even with low forces, transfer surfaces require a very high surface pressure, which can lead to indentations or indentations lead channel-shaped type.

Bei dem beschriebenen Betriebszustand stehen also die die beiden Wälzkörperlaufbahnen tragenden Teile, nämlich die Welle einerseits und das Bauteil andererseits ebenso wie die dazwischen angeordneten Wälzkörper still und laufen gemeinsam miteinander um die Achse der Welle um. Von außen wirkt auf diese Einheit eine radial gerichtete Kraft ein, die z.B. von einem weiteren Zahnrad ausgeht, mit dem dasIn the operating state described, the parts carrying the two rolling element raceways, namely the Shaft on the one hand and the component on the other hand as well as the rolling elements arranged in between still and run together with each other around the axis of the shaft. A radially directed force acts on this unit from the outside, which e.g. originates from another gear with which the

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hier betrachtete Zahnrad in Drehmoment übertragender Verbindung steht. Infolge des bei jeder Lagerung in mehr oder weniger großem Maße vorhandenen Spieles nimmt die Welle in Bezug auf die Bohrung des Bauteiles eine geringfügig exzentrische Lage ein. Beim Umlauf des Bauteiles führt nun die Welle mit ihrer Achse eine kreisende Bewegung um die Achse der Bohrung des Bauteiles aus, ohne jedoch selbst eine Winkelbewegung gegenüber dem Bauteil auszuführen. Durch diese kreisende Bewegung der Welle bedingt werden die Wälzkörper, die gerade zwischen den beiden Laufbahnen fest eingespannt sind, um einen geringen Betrag in Umfangsrichtung fortbewegt. Wenn es gelingt, diese kleine Fortschrittsbewegung dieser Wälzkörper auf den Käfig zu übertragen, so kann erreicht werden, daß sich der gesamte Wälzkörpersatz langsam aber stetig zwischen den Laufbahnen vorwärts bewegt, wodurch die oben beschriebene Mulden- oder Rinnenbildung an den Laufbahnen vermieden werden kann.Gear wheel considered here in a torque-transmitting connection stands. As a result of the play that exists to a greater or lesser extent in every storage, the shaft takes off a slightly eccentric position in relation to the bore of the component. When the component rotates, it now leads the shaft with its axis a circular movement around the axis of the bore of the component, but without itself Execute angular movement with respect to the component. Due to this circular movement of the shaft, the rolling elements, which are currently firmly clamped between the two tracks, moved forward by a small amount in the circumferential direction. If it is possible to transfer this small progressive movement of these rolling elements to the cage, it can be achieved be that the entire set of rolling elements moves slowly but steadily forward between the raceways, whereby the formation of troughs or grooves on the raceways described above can be avoided.

Zur Lösung dieser Aufgabe wurden schon verschiedene Wege beschritten. Bei einer Ausführung hat man vorgeschlagen, das Spiel, das die einzelnen Wälzkörper in den Taschen des Käfigs haben, dadurch aufzuheben, daß man die Wälzkörper durch Federelemente an die Taschenbegrenzungswände andrückt. Man hat auch bereits vorgeschlagen, einen in sich geschlossenen Käfig an einer Stelle seines Umfanges zu schlitzen und ihn unter federnder Vorspannung radial nach außen auf die Wälzkörper drücken zu lassen, wodurch ebenfalls das Taschenspiel beseitigt wird (DT-PS 1 040 852).Various approaches have already been taken to solve this problem. In one implementation it has been suggested cancel the play that the individual rolling elements have in the pockets of the cage by moving the rolling elements presses against the pocket delimitation walls by means of spring elements. It has also already been suggested that one be self-contained To slit the cage at one point on its circumference and open it radially outwards under resilient bias to let the rolling elements press, which also eliminates the pocket game (DT-PS 1 040 852).

Es ist auch bereits bekannt geworden, zur Erreichung dieses Zieles wenigstens eine Taschenwand geneigt auszuführen, wodurch die Wälzkörper in der Lage sind, einen Impuls auf den Käfig auszuüben, der zu einem Wandern des Wälzkörpersatzes führt (DT-AS 1 282 369).It is also already known to make at least one pocket wall inclined to achieve this goal, whereby the rolling elements are able to exert an impulse on the cage, which leads to a migration of the rolling element set leads (DT-AS 1 282 369).

Schließlich ist es bereits bekannt geworden, für derartige Lagerungen Käfigsegmente zu verwenden, die unter FliehkraftFinally, it has already become known to use cage segments for such bearings that are subject to centrifugal force

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nach außen gedrückt werden, wobei sie sich auf den Wälzkörpern abstützen und dadurch ebenfalls das Taschenspiel beseitigen.are pressed outwards, where they are supported on the rolling elements and thus also the pocket game remove.

Diesen bekannten Ausführungen haftet der Nachteil an, daß sie teils durch aufwendige zusätzliche Bauteile die Lagerung kompliziert und teuer werden lassen, daß ihre Funktion nicht in allen Betriebszuständen eindeutig sichergestellt ist, bzw. daß je nach Einbaufall, z.B. bei hohen Drehzahlen, mit unzulässig hohem Verschleiß an Lagerbauteilen gerechnet werden muß.These known designs have the disadvantage that they are partly due to expensive additional components the storage make it complicated and expensive that their function is not clearly guaranteed in all operating states, or that depending on the installation, e.g. at high speeds, impermissibly high wear on bearing components can be expected got to.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aufgezeigten Nachteile zu beseitigen und damit eine Lagerung zu schaffen, bei der in dem beschriebenen Betriebszustand Mulden- bzw. Rinnenbildung an den Laufbahnen vermieden wird, ohne daß die Lagerung selbst kompliziert oder verschleißanfällig wird.The invention is based on the object of eliminating the disadvantages indicated and thus creating a storage in the case of the formation of troughs or grooves on the raceways in the operating state described, without the storage itself becomes complicated or prone to wear.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß sich der Käfig bei exzentrischer Verlagerung auf den Wälzkörpern abstützt, ohne Kontakt mit den Wälzkörperlaufbahnen zu haben und daß außerdem der Käfig eine Unwucht aufweist. Durch die Unwucht des Käfigs einerseits wird dieser beim Umlauf exzentrisch zu den sonstigen Lagerbauteilen verlagert. Gleichzeitig wird der Käfig dabei auf den Wälzkörpern abgestützt, ohne Kontakt mit den Wälzkörperlaufbahnen zu bekommen. Dadurch wird die oben beschriebene, geringfügige Abwälzbewegung einzelner Wälzkörper auf den Käfig übertragen und damit gleichzeitig eine kontinuierliche Fortbewegung des gesamten, in dem"Käfig untergebrachten Wälzkörpersatzes erzielt. Zum Beispiel gegenüber den bekannten Lagerungen mit Käfigsegmenten weist diese Ausführung einen beachtlichen Vorteil auf. Diese bekannten Käfigsegmente legen sich im Betrieb unter Einwirkung der Fliehkraft auf die Wälzkörper. Die Größe der auftretenden Fliehkraft hängt außer von der Masse des Käfigsegmentes von der Drehzahl ab. Sowohl MasseAccording to the invention, this object is achieved in that the cage is in eccentric displacement on the rolling elements supported without having contact with the rolling element raceways and that the cage also has an imbalance. Due to the imbalance of the cage, on the one hand, it is shifted eccentrically to the other bearing components as it rotates. At the same time, the cage is supported on the rolling elements without coming into contact with the rolling element raceways. As a result, the slight rolling motion of individual rolling elements described above is transferred to the cage and thus at the same time a continuous movement of the entire set of rolling elements housed in the "cage" achieved. For example, compared to the known bearings with cage segments, this version has a considerable Advantage on. These known cage segments lie on the rolling elements during operation under the action of centrifugal force. The size of the centrifugal force that occurs depends not only on the mass of the cage segment but also on the speed. Both mass

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des Käfigsegmentes als auch Drehzahl sind jedoch weitgehend unveränderbare gegebene Größen, so daß im Einzelfalle die auftretende Fliehkraft Werte annehmen wird, die unerwünscht hoch liegen und die damit den Verschleiß an den Kontaktstellen stark erhöht. Im Gegensatz dazu hat man es bei dem in sich geschlossenen Käfig gemäß der Erfindung in einfachster Weise in der Hand, die Größe der Unwucht, die dem Käfig bewußt gegeben wird, in solchen Grenzen zu halten, daß sie bei jeder vorgegebenen Drehzahl einen bestimmten Wert nicht übersteigt.of the cage segment as well as the speed are largely unchangeable given variables, so that in individual cases the occurring centrifugal force will assume values that are undesirably high and thus the wear at the contact points greatly increased. In contrast, the self-contained cage according to the invention is very simple Way in hand to keep the size of the imbalance, which is consciously given to the cage, within such limits, that it does not exceed a certain value at any given speed.

Die für die Funktion der Erfindung erforderliche Unwucht kann auf verschiedene Weise erzielt werden. Es kann z.B. der Käfig an einer Stelle seines Umfanges mit einer Werkst off anhäuf ung versehen sein. Diese wiederum kann durch eine Verdickung im Bereich eines oder mehrerer Stege erzielt werden. Es ist jedoch im Rahmen der Erfindung auch möglich, die Käfigstirnringe in bestimmten Bereichen ihres Umfanges zu verdikken, um eine derartige Unwucht zu erreichen. Es ist jedoch auch möglich, eine solche Werkstoffanhäufung durch die Verbreiterung eines oder mehrerer Käfigstege in Käfigumfangsrichtung zu erzielen. Das letztere wäre im einfachsten Falle dadurch möglich, daß in den Käfigring eine oder mehrere Käfigtaschen nicht eingestanzt werden, wodurch sich an dieser Stelle eine Werkstoffanhäufung ergibt.The imbalance required for the function of the invention can be achieved in various ways. It can e.g. the cage be provided with a material accumulation at one point on its circumference. This in turn can be through a Thickening can be achieved in the area of one or more webs. However, within the scope of the invention it is also possible to use the cage end rings to thicken in certain areas of their scope in order to achieve such an imbalance. However, it is also possible, such an accumulation of material through the broadening to achieve one or more cage bars in the circumferential direction of the cage. The latter would be in the simplest case possible in that one or more cage pockets are not punched into the cage ring, which means that they are attached to the cage ring Place results in an accumulation of material.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawings. Show it:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Losradlagerung eines Zahnradgetriebes,1 shows a longitudinal section through a loose wheel bearing of a gear transmission,

Fig. 2 einen Schnitt nach Linie II-II der Figur 1, Fig. 3 eine Seitenansicht eines Wälzlagerkäfigs undFIG. 2 shows a section along line II-II of FIG. 1, 3 shows a side view of a roller bearing cage and

Fig. 4 einen Schnitt durch einen weiteren erfindungsgemäßen Wälzlagerkäfig.4 shows a section through a further roller bearing cage according to the invention.

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Nach den Figuren 1 und 2 ist auf einer Welle 1 ein Zahnrad unter Zwischenschaltung von Wälzkörpern 3, die in einem Käfig 4 untergebracht sind, frei drehbar gelagert. Die Welle 1 weist an der einen Stirnseite des Zahnrades 2 einen festen Wellenbund 5 auf, gegen den das Zahnrad stirnseitig anlaufen kann. An der entgegengesetzten Seite des Zahnrades 2 ist auf die Welle eine Anlaufscheibe 6 aufgesetzt, die durch einen Sprengring 7 gesichert ist.According to Figures 1 and 2, a gear is on a shaft 1 with the interposition of rolling elements 3, which are in a cage 4 are housed, freely rotatable. The shaft 1 has a fixed shaft collar on one end face of the gear wheel 2 5, against which the gear can run on the face. On the opposite side of the gear 2 is on the Shaft placed a thrust washer 6, which is secured by a snap ring 7 is secured.

Das Zahnrad 2, das mit seiner Verzahnung 8 mit einem weiteren, nicht dargestellten Zahnrad in Eingriff steht, kann wegen der Wälzlagerung auf der Welle 1 frei umlaufen. Es kann Jedoch auch über ein licht dargestelltes Kupplungsteil, das in die Kupplungsverzahnung 9 eingreift, starr mit der Welle 1 gekuppelt werden, um ein Drehmoment auf die Welle zu übertragen.The gear 2, which is with its teeth 8 with a further, not shown gear in engagement, can because of the Rolling bearings rotate freely on shaft 1. However, it can also have a coupling part shown in light that is inserted into the Coupling teeth 9 engages, can be rigidly coupled to the shaft 1 in order to transmit a torque to the shaft.

Der Käfig 4 besteht aus den seitlichen Stirnringen 10 und den diese miteinander verbindenden, zwischen den Wälzkörpern liegenden Käfigstegen 11 bzw. 12. Wie die Figur 2 erkennen läßt, sind die Käfigstege so ausgebildet, daß sie im Zusammenwirken mit der Kontur der Wälzkörper dafür sorgen, daß sich bei exzentrischer Verlagerung der Käfig 4 auf den Wälzkörpern abstützt, ohne daß er mit den Wälzkörperlaufbahnen auf der Welle 1 bzw. in der Bohrung des Zahnrades 2 in Berührung kommt. Im dargestellten Beispiel ist dies dadurch erreicht, daß die Stege 11 bzw. 12 an ihren den Wälzkörpern zugewandten Seiten ein Profil besitzen, das der Mantelfläche der Wälzkörper 3 angenähert ist. Es ist jedoch auch jegliche andere Gestaltung der Stegwände möglich, die die genannte Bedingung erfüllt.The cage 4 consists of the lateral end rings 10 and the connecting these with one another, between the rolling elements lying cage bars 11 and 12. As can be seen in FIG. 2, the cage bars are designed so that they interact with the contour of the rolling elements ensure that the cage 4 is on the rolling elements in the event of eccentric displacement without coming into contact with the rolling element raceways on the shaft 1 or in the bore of the gearwheel 2 comes. In the example shown, this is achieved in that the webs 11 and 12 on their rolling elements facing sides have a profile that approximates the outer surface of the rolling elements 3. However, it is also any other design of the web walls possible, which fulfills the mentioned condition.

Die Figuren 1 und 2 lassen weiter erkennen, daß der Käfig Stege 11 aufweist, die in ihrem mittleren Bereich radial nach außen hin eine Ausnehmung aufweisen, während zwei Stege am oberen Ende des Käfigs vorgesehen sind, die über ihre ganze Länge gleichbleibende radiale Dicke besitzen. Diese Stege besitzen also eine größere Masse als die übrigen Stege 11,Figures 1 and 2 also show that the cage has webs 11 which are radial in their central area have a recess towards the outside, while two webs are provided at the upper end of the cage, which over their whole Have length constant radial thickness. These webs therefore have a greater mass than the other webs 11,

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wodurch der Käfig eine Unwucht erhält.whereby the cage becomes unbalanced.

In dem Betriebszustand, in dem das Zahnrad 2 starr mit der Welle 1 gekuppelt ist und wobei die Welle 1 mit dem Zahnrad rotiert, wirkt sich mithin diese Unwucht des Käfigs in der Weise aus, daß der Käfig exzentrisch in Richtung auf die Stege 12 hin verlagert wird. Dadurch wird sich der Käfig sowohl im Bereich dieser Stege 12 als auch im diametral gegenüberliegenden Bereich an den Wälzkörpern abstützen, wodurch in diesen Umfangsbereichen das Spiel zwischen den Wälzkörpern und den Käfigstegen aufgehoben wird. Die in der Beschreibungseinleitung ausführlich beschriebene geringfügige Abwälzbewegung der Wälzkörper 3 wird sich dadurch auf den Käfig auswirken können und diesen zusammen mit den darin befindlichen Wälzkörpern 3 einer stetigen Vorwärtsbewegung unterwerfen.In the operating state in which the gear 2 is rigidly coupled to the shaft 1 and the shaft 1 with the gear rotates, consequently this imbalance of the cage has the effect that the cage is eccentric in the direction of the webs 12 is shifted towards. As a result, the cage is located both in the area of these webs 12 and in the diametrically opposite one Support area on the rolling elements, whereby the play between the rolling elements in these circumferential areas and the cage bars is lifted. The slight rolling movement described in detail in the introduction to the description the rolling element 3 will be able to affect the cage and this together with the ones in it Subject rolling elements 3 to a steady forward movement.

Die Unwucht, die der Käfig besitzen muß, kann jedoch auch auf konstruktiv andere Weise erzielt werden. Figur 3 zeigt beispielsweise einen Käfig, bei dem die Ausbildung der Stege ■ 13, die die Wälzkörper 3 berühren, im wesentlichen der nach den Figuren 1 und 2 entspricht. Demgegenüber sind jedoch die Käfigstirnringe 14 in der Weise ausgebildet, daß sie im oberen Bereich eine wesentlich größere radiale Erstreckung aufweisen als im unteren Bereich. In dem dargestellten Beispiel ist dies dadurch erreicht, daß die Kreise, die die radial innere bzw. äußere Begrenzung der Stirnringe 14 darstellen, exzentrisch zueinander liegen. Die Dicke des Stirnringes 14 im unteren Bereich der Figur 3 ist übertrieben gering dargestellt. In der Praxis wird es von den erforderlichen Festigkeiten abhängen, wie weit man diese Reduzierung der Dicke des Stirnringes 14 treiben kann. In Abwandlung dieser Ausführung ist es auch möglich, die Stirnringe eines solchen Käfigs über den ganzen Umfang mit praktisch der gleichen Wanddicke auszuführen und sie nur entweder begrenzt im oberen Bereich dicker oder umgekehrt im unteren Bereich dünner auszubilden.The imbalance that the cage must have can, however, also be achieved in a structurally different way. Figure 3 shows For example, a cage in which the formation of the webs ■ 13, which touch the rolling elements 3, essentially according to corresponds to FIGS. 1 and 2. In contrast, however, the cage end rings 14 are designed in such a way that they in the upper Area have a much larger radial extent than in the lower area. In the example shown is this is achieved in that the circles which represent the radially inner and outer limits of the end rings 14 are eccentric lie to each other. The thickness of the end ring 14 in the lower region of FIG. 3 is shown exaggeratedly small. In practice it will depend on the required strengths to what extent this reduction in thickness can be achieved of the end ring 14 can drive. In a modification of this design, it is also possible to use the end rings of such a The cage has practically the same wall thickness over the entire circumference and is only limited in size to make the upper area thicker or, conversely, thinner in the lower area.

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Figur 4 zeigt schließlich einen Mittelschnitt durch eine weitere Käfigvariante, wobei die Stege 13 ebenso wie in Figur 3 ausgebildet sind und wobei die erforderliche Unwucht ausschließlich dadurch herbeigeführt ist, daß im oberen Bereich eine Käfigtasche ausgelassen wurde, wodurch sich ein breiter Steg 15 ergibt. Infolge der größeren Masse dieses Steges erhält der Käfig ebenfalls die für seine Funktion er/orderliche Unwucht.Finally, FIG. 4 shows a central section through a further variant of the cage, the webs 13 as in FIG Figure 3 are formed and wherein the required imbalance is brought about exclusively that in the upper area a cage pocket has been omitted, resulting in a wide web 15. As a result of the greater bulk of this The cage also receives the imbalance necessary for its function.

Die dargestellten Ausführungsbeispiele lassen erkennen, daß es durch die erfindungsgemäße Gestaltung leicht möglich ist, die Größe der angestrebten Unwucht sehr genau zu beherrschen, dadurch daß man die Werkstoffanhäuf ung an einer Stelle des Käfigumfanges mehr oder weniger groß macht.The illustrated embodiments show that it is easily possible through the design according to the invention, to control the size of the desired imbalance very precisely, by the fact that the material accumulation at one point of the Makes the cage more or less large.

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Claims

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Expectations

Storage of a freely rotating on a shaft or which can be coupled to it to transmit a torque Component by rolling elements received in the pockets of a self-contained cage, characterized in that that the cage (4) is supported by eccentric displacement on the rolling elements (3) without contact to have with the rolling element raceways and that the cage (4) has an imbalance.

2. Storage according to claim 1, characterized in that the cage at one point of its circumference with a material accumulation is provided.

3. Storage according to claim 2, characterized in that the material accumulation by thickening in the area of or multiple webs is achieved.

4. Storage according to claim 2, characterized in that the material accumulation by thickenings in the area of the cage end rings is achieved.

5. Storage according to claim 2, characterized in that the accumulation of material by the widening of one or several cage bars is achieved in the circumferential direction. ·

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