DE3211096A1

DE3211096A1 - Kugellager

Info

Publication number: DE3211096A1
Application number: DE19823211096
Authority: DE
Inventors: Michel Alexandre 78700 Conflans Sainte Honorin Orain
Original assignee: Glaenzer Spicer SA
Current assignee: Glaenzer Spicer SA
Priority date: 1981-03-25
Filing date: 1982-03-25
Publication date: 1982-11-04
Also published as: US4431236A; JPS57171113A; FR2502713A1; FR2502713B1

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. E. Eder

Dipl.-Ing. K. Schieschke

8000 München 40, Eiisabeihstr. 34

GLAENZER SPICER
F-78301 Poissy

Kugellager

Die Erfindung bezieht sich auf Kugellager und insbesondere auf zweireihige Kugellager.

Bekannte Kugellager dieser Bauart (DE-OS 28 49 3 78) können Belastungen aus unterschiedlichen Richtungen aufnehmen und lassen sich auf besonders vorteilhafte Weise für die Radnabenverbindung eines Kraftfahrzeuges einbauen. Ein solches Lager besteht aus mindestens zwei, zwischen paarweisen Rollbahnen laufenden Kugelreihen, wobei die jeder Kugelreihe zugeordneten Rollbahnen aus zwei Anlageflächen bestehen, die in Bezug auf eine zur Lagerachse senkrechte Ebene im wesentlichen symmetrischen, zueinander mit kreisförmigem Querschnitt und einem etwas größeren Radius als die Kugeln ausgebildet sind. Vorzugsweise erstreckt sich der diesen Querschnitt bildende Kreisbogen über einen 120° übersteigenden Zentriwinkel. Arbeitsweise und Vorteile eines solchen bekannten Lagers bedürfen keiner weiteren Erläuterung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lager dieser bekannten Bauart noch weiter zu verbessern, um unter einer radialen Last mit im wesentlichen gleichbleibender Richtung optimale Arbeitsbedingungen bei Wahrung ausreichender Festigkeit der einzelnen Bauteile und einer unter allen Bedingungen stets spielfreien Arbeitsweise zu erhalten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Abstand zwischen der Sohle mindestens einer der eine Rollbahn bildenden Rillen und einer zur Lagerachse senkrechten Bezugsebene veränderlich ist, wobei dieser Abstand zwei Mindestwerte in zwei diametral entgegengesetzten, in einer oder im Bereich einer zur Richtung der radialen Last parallelen Diametralebene gelegenen Punkten und zwei Höchstwerte in zwei in einer oder im Bereich einer zur Richtung der radialen Last senkrechten Diametralebene liegenden Punkten durchläuft. Die oder jede dieses Merkmal aufweisende Rille ist in einer feststehenden Rollbahnscheibe ausgebildet;

- vorzugsweise beträgt die Veränderung des maximalen Abstands oder der maximalen Durchbiegung der Sohle der oder jeder Rille gegenüber der Bezugsebene zwischen 0,4 und ca. 2 % des Kugeldurchmessers;

- die oder jede mit einer Rille veränderlicher Profils ausgebildete Rollbahnscheibe ist mit Elementen zur winkligen Anstellung gegenüber dem zugehörigen, tragenden Bauteil ausgestattet.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben.

In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Lager nach der Erfindung gemäß einer ersten Ausführungsform;

Fig. 2 einen Teilschnitt gemäß, der Linie 2-2 in

Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt analog Fig. 1 durch eine weitere Ausführungsform;

Fig. 4 einen Teilschnitt nach Linie 4-4 in Fig. 3;

Fig. 5 einen Teilschnitt durch eine dritte Aus-

führungs form;

Fig. 6 und 7 in zueinander senkrechten Richtungen jeweils

einen Schnitt durch ein für ein Lager nach Fig. 5 verwendbares Bauteil.

Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Lager 10 mit der Achse X-X zwischen zwei koaxialen Bauteilen, wobei das innere Bauteil eine (nicht dargestellte) Radnabe und das äußere Bauteil die Radachse 1 sein kann.

Das eigentliche Lager besteht aus einer mittleren Scheibe 11, auf deren beiden Radialflächen je eine Rollbahn 12 ausgebildet ist und aus zwei feststehenden, seitlichen Scheiben 13, die auf ihrer der mittleren Rollbahnscheibe zugewandten Radialfläche je eine Rollbahn 14 aufweisen.

Jede Rollbahn ist in Form einer Laufrille mit kreisförmigen oder im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt ausgebildet. Der Radius R dieser Rollbahnen ist etwas größer als der Radius r der Kugeln 15, wobei das Verhältnis zwischen diesen beiden Radien den im Kugellagerbau üblichen Passungsverhältnissen entspricht. Das'Verhältnis R zwischen dem Radius einer Laufrille und dem Radius einer Kugel kann z.B. zwischen 1,05 und 1,03 betragen. In den Zeichnungen sind die Radiusdifferenzen und die Versetzung der mittleren Rollbahnscheibe gegenüber den feststehenden Rollbahnscheiben zur besseren Veranschaulichung und zum besseren Verständnis der Arbeitsweise übertrieben dargestellt.

Der Zentriwinkel jeder Rollbahn ist im Grundschnitt vorzugsweise größer als 120 , um einen ausreichenden Umhüllungswinke! für die Kugeln zu gewährleisten.

S'η _

Die feststehenden, seitlichen Rollbahnscheiben 13 sind in einer Bohrung 2 der Radachse aufnehmbar und durch ein Abstands element 3 voneinander getrennt im Klemmsitz zwischen einer Schulter 4 der Radachse und einem Gewindering 5 festgelegt, welcher in einen Innengewindeabschnitt 6 der Radachse eingeschraubt ist. Die beiden seitlichen Rollbahnscheiben besitzen eine gewisse elastische Verformbarkeit in axialer .Richtung und nehmen gegenüber der Radachse eine genau vorbestimmte Winkelstellung ein, welche im·dargestellten Beispiel durch die in den Ausnehmungen 17 aufnehmbaren Zapfen 16 fixiert ist. Die sich drehende mittlere Scheibe weist im Rundschleifverfahren hergestellte Laufrillen auf.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, berührt die Sohle der Laufrille 14 in den beiden feststehenden, seitlichen Rollbahnscheiben 13 nicht in jedem Punkt eine zur Achse X-X senkrechte Ebene. Der Abstand zwischen der Rillensohle und einer zur Achse X-X senkrechten Bezugsebene P wechselt vielmehr zwischen einem Mindestwort Null in zwei diametral entgegengesetzten, in einer oder im Bereich einer zur Aufbringrichtung einer rein radialen Last C mit im wesentlichen konstanter Richtung parallelen Diametralebene gelegenen Punkten A, B und einem Höchstwert j in zwei diametral entgegengesetzten, in einer oder im Bereich einer zur Richtung der Last C senkrechten Diametralebene gelegenen Punkten.

Der Wert j kann in der Größenordnung von 0,05 bis 0,2 mm für Kugeln mit einem Durchmesser von 12,7 mm betragen und liegt im allgemeinen zwischen 0,4 bis 2 % des Kugeldurchmessers. Ein theoretischer Wert für j läßt sich auf folgende Weise errechnen:

j=R- (R-r) sinCX-r
j = (R-r) (1-sin (X) oder

j = (R -1) (1-sin OC)
r r

ο —

Beträgt beispielsweise der Durchmesser der Kugeln 12,7 mm so gilt ~ = 1,05, r = 6,35mm, R = 6,6675 mm. FürOC= 30°, erhält man einen theoretischen Wert, j = 0,15875 mm.

Dieser theoretische Wert läßt sich jedoch je nach Grad und Verteilung der gewünschten Vorspannung ändern. Die auf die in einer zur feststehenden Lastrichtung senkrechten Diametralebene befindlichen Kugeln einwirkenden Kräfte können Null betragen, wenn geringfügiges Spiel oder ein spielfreier Einbau ohne Vorspannung erwünscht ist oder aber je nach gewünschter Vorspannung einen gewissen geringen Wert betragen. Diese Vorspannung ist daher unmittelbar von dem Maximalwert j abhängig.

Bei diesem ersten Ausführungsbeispiel sind die Rollbahnscheiben bearbeitete Massivteile, wobei die modulierte Tiefe der Laufrillen in den seitlichen Rollbahnscheiben im Schleifverfahren hergestellt wird.

Unter Einwirkung einer rein radialen Last aus im wesentlichen feststehender, in Fig. 1 durch den Vektor C dargestellten Richtung ergibt das vorstehend beschriebene Lager Druckwinkel otl,OC2,0C3 und<%4 in der Größenordnung von 25 bis 45°, was optimalen Betriebsbedingungen entspricht unter Wahrung einer ausreichenden Festigkeit der Bauteile und einer unter allen Bedingungen stets spielfreien Arbeit im Bereich der unbelasteten oder gegenüber den in einer oder im Bereich einer zur Richtung der radialen Last parallelen Ebene liegenden Kugeln eine reduzierte Last aufnehmenden Kugeln.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 und 4 weist das Lager 20 im wesentlichen den gleichen Aufbau wie das Lager nach Fig. 1 und 2 auf. Die seitlichen, feststehenden Rolibahnscheiben 21 bestehen hier aus tiefgezogenen Blechteilen und sind mit einem Flansch 21a und einer Rollbahn 21b ausgebildet. Sie sind durch ein Abstandselement 22 voneinander getrennt und axial im Inneren der Bohrung der Radachse oder eines anderen tragenden

_r.· j..^:-..^:'^:..^:.::. 321 Ί 036

Bauteils durch einen Gewindering 23 festgelegt. Wie bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel sind diese Rollbahnscheiben gegenüber der Radachse winklig angestellt mittels Zapfen 24, welche in entsprechende Ausnehmungen 25 eingreifen. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Abstand zwischen der Sohle der Laufrillen in den feststehenden Rollbahnscheiben von einer zur Lagerachse X-X senkrechten Bezugsebene P veränderlich, wobei der relative Wert ^- in der Größenordnung von 0,8 % bis 4 % liegt.

Wird eine radiale Last C aufgebracht, so bleiben die Kugeln wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel mit ihren Rollbahnen über deren gesamten Umfang stets in Berührung, obwohl in den die radiale Last aufnehmenden Bereichen die Berührungswinkel Oi 1 / (A 2, 0(3 und 0(4 zwischen 25 und 45° betragen. Im Schnitt durch eine zur Richtung der. Last C senkrechten Ebene gesehen (Fig. 4} liegt der Berührungswinkel 0( 5 im Bereich von 90 . Auch hier kann die Last im Bereich der in dieser Zone liegenden Kugeln gleich Null betragen oder einen verhältnismäßig geringen Wert zur Ausüb ung einer Vorspannung ausmachen.

Zu beachten ist, daß die Einstellung der Vorspannung umso einfacher wird, und der Wert der Durchbiegung j umso geringer sein kann, je größer die axiale Elastizität der seitlichen Rollbahnscheiben ist. Da jedoch die Rollbahnscheiben eine gewisse Festigkeit behalten müssen, um insbesondere den erhöhten Belastungen von Kippmomenten bedingt durch auf die Räder einwirkende seitliche Stöße und Kräfte standhalten zu können, ist ihre Elastizität praktisch völlig unzureichend, um die Wirkung zu erzeugen, die sich aus der besonderen Form der die Rollbahnen bildenden Laufrillen ergibt.

Für diese seitlichen Rollbahnscheiben aus tiefgezogenem Blech läßt sich der vorstehend beschriebene, bestimmte veränderliche Abstand auf unterschiedliche Weisen erhalten:

- 10 -

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- Dio Rollbahn 21b läßt sich durch präzises Tiefziehen oder

durch Rundschleifen um die Scheibenachse bei fliegender •Aufnahme der Rollbahnscheibe erzielen. Der Flansch 21a hingegen weist eine seitliche Verformung mit zwei diametral gegenüberliegenden Ausladungen auf, so daß bei axialer Einpressung zwischen das Abstandselement 22 und die RoHbahnscheibe 23 der Flansch eine elastische Verformung erfährt und plan wird und die Sohle der Rollbahn damit die in der Zeichnung dargestellte Gestalt erhält.

- Beim Schleifen läßt sich die Rollbahnscheibe 21 auf der Werkstückaufnahme der Schleifmaschine so einspannen, daß sie eine zur gewünschten Form umgekehrte Verwerfung oder Verbiegung aufweist. Nach erfolgtem Schleifen wird der Flansch durch elastische Rückkehr wieder plan und die Rollbahn zeigt dann die gewünschte Gestalt.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform. Hier sichert ein Gehäuse 30 den' Zusammenhalt der einzelnen Bauteile des Lagers, d.h. der beiden feststehenden Rollbahnscheiben 31, der Kugeln 32 und einer umdrehenden Rollbahnscheibe 33.

Das Gehäuse ist in Form eines zylindrischen Schaftes 30a mit zwei radial zur Lagerachse gerichteten Borden 30b ausgebildet. Es wird stramm in die Bohrung 34 der Radachse 35 eingepaßt und gegenüber dieser mittels eines in eine Ausnehmung 37 eingreifenden Zapfens 36' winklig angestellt. Ein in einer Nut 39 sitzender, elastischer Sicherungsring 38 gewährleistet den festen Zusammenhalt und verhindert jegliches Abwandern. Der Sitz des Gehäuses in der Bohrung muß jedoch so stramm sein, daß ein Verrutschen des Gehäuses unter den jeweiligen Kippmomenten völlig ausgeschlossen ist.

Auch hier läßt sich der veränderliche Abstand zwischen der Sohle der Rollbahnen in den feststehenden Rollbahnscheiben und einer Bezugsebene P auf verschiedene Weisen erreichen, z.B.:

- 11 -

- unter Verwendung feststehender Rollbahnscheiben mit Laufrillen wechselnder Tiefe, wie in Fig. 3 gezeigt;

- bei feststehenden Rollbahnscheiben mit Laufrillen gleichbleibender Tiefe mittels eines Gehäuses, dessen Borde 30b in einer horizontalen Ebene einen geringeren Zwischenabstand als in einer vertikalen Ebene aufweisen, wobei davon ausgegangen wird, daß die radiale, feststehende Radialkraft in dor Zeichnung gesehen vertikal wirkt.

Die gewünschte Abstandsverringerung zwischen den Borden 20b läßt sich durch Verformung des Gehäuses unter axialer Krafteinwirkung erreichen, z.B. durch gesteuerte Verschiebung bei Einbau mittels einer Presse.

Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform ist die sich drehende Rollbahnscheibe 33 mit Stirnverzahnungen 33a ausgebildet, welche das Antriebsmoment übertragen und zur Feinzentrierung der in axialer Richtung beiderseits dieser Rollbahnscheibe festgelegten mechanischen Bauteile dienen.

Die Einführung dor Rollbahnschoiben und der Kugeln in das Innere dos Gehäuses 30 läßt sich auf verschiedene Weisen bewerkstelligen und ist keineswegs auf die nachstehenden beiden Arbeitsverfahren beschränkt: * -'

- das Gehäuse wird aus gehärtetem Stahl mit einer Härte in

der Größenordnung von 80 - 120 kg/mm , aber mit ausreichender Bruchdehnung auf der Drehbank oder mittels einer Schleifrolle mit einem den Enddurchmesser um ca. 7% übersteigenden Durchmesser hergestellt. Die Rollbahnscheiben und die Kugeln lassen sich dann in das Innere dieses Gehäuses einführen, welches anschließend bei Durchtritt durch ein Schneideisen eine Durchmesserreduzierung erfährt, wodurch der diametrale Preßsitz auf den Rollbahnscheiben sowie exakte Außenmaße gewährleistet sind.

- 12 -

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In einem letzten Verfahrensschritt werden durch axiales Zusammenpressen auf einer Presse die unterschiedliche geringfügige Näherung der Borde sowie die gewünschte axiale Vorspannung des Lagers erreicht.

Fig. 6 zeigt als weitere Lösungsmöglichkeit die Verwendung eines geteilten Gehäuses 40, welches sich zur Einführung der Rollbahnscheiben elastisch öffnen läßt. Die diametrale Vorspannung in der Bohrung der Radachse oder eines analogen Bauteils überträgt sich beim Einbau dann direkt auf die beiden feststehenden Rollbahnscheiben, da bei dieser Ausführungsform das Gehäuse diametral elastisch ist. Der Teilungsschlitz 41 des Gehäuses läßt sich vorteilhafterweise auch zur Winkelanstellung oder Einstellung des Lagers gegenüber der Radachse oder einem anderen Gehäuse verwenden.

Patentanwälte Dipl.-Ing. E^Eder Dipl.-Ing. K. Eöhieschke ■ 8000 München 40,Ätfeabelhstr. 34

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Claims

Patentanwälte Dipl.-Ing. E. Eder Dipl.-Ing. K. Schieschke EQOG Münshen 4S, Eiicoheihstr. 34 GLAENZER SPICER F-78301 Poissy Kugellager Patentansprüche :

1.) Kugellager mit mindestens zwei Kugelreihen, welche zwischen paarweisen, als Laufrillen in den einander gegenüberliegenden, radialen Flächen einer mittleren Rollbahnscheibe und zweier seitlicher Rollbahnscheiben ausgebildeten Rollbahnen laufen, wobei die Laufrillen einen kreisförmigen Grundquerschnitt mit einem etwas größeren Radius als die Kugeln aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Sohle mindestens einer der die ■Rollbahn bildenden Lauf rillen (12, 14) und einer zur Lagerachse (X-X) senkrechten Bezugsebene (P) veränderlich ist, wobei dieser Abstand von zwei Mindestwerten in zwei diametral entgegengesetzten, in einer oder im Bereich einer zur Richtung einer radialen Last (C) parallelen Diametralebene gelegenen Punkten (A, B) in zwei Höchstwerte (j) in zwei in einer oder im Bereich einer zur Richtung dieser Last senkrechten Diametralebene gelegenen Punkten überseht.

2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die oder jede, eine Sohle mit veränderlichem Profil aufweisende Laufrille (14) in einer feststehenden Rollbahnscheibe (13) ausgebildet ist.

3. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung des maximalen Abstandes oder der maximalen Durchbiegung (j) der Sohle der oder jeder Laufrille (14) in Bezug auf die Bezugsebene (P) ca. zwischen 0,4 und 2% des Kugeldurchmessers beträgt.

4. Lager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch .gekennzeichnet, daß die Abstandsveränderung zwischen der Sohle der oder jeder Laufrille und der Bezugsebene so gewählt wird, daß eine vorbestimmte Vorspannkraft erzeugt wird, welche parallel zur Lagerachse, insbesondere im Bereich der in der Nähe einer durch diese Achse verlaufenden und zur Lastrichtung senkrechten Ebene befindlichen Kugeln wirkt.

5. Lager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die oder jede eine Laufrille (14) mit veränderlichem Profil aufweisende Rollbahnscheibe (3) mit Elementen (16, 17) zur Winkelanstellung gegenüber dem zugehörigen tragenden Bauteil ausgestattet ist.

6. Lager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das veränderliche Profil der oder jeder Laufrille (14) im Schleifverfahren herstellbar ist.

7. Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die oder jede Rollbahnscheibe in unbefestigtem Zustand eine Verwerfung oder eine Verformung aufweist, und daß das veränderliche Profil der oder jeder Laufrille durch eine während des Lagereinbaues erfolgende elastische Verformung der Rollbahnscheibe herstellbar ist.

8. Lager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (30; 40) in Form eines im wesentlichen zylindrischen Schaftes (30a) mit zwei radial zur Lagerachse weisenden Borden (30b), welches die einzelnen Lagerbauteile, bestehend aus den beiden seitlichen Rpllbahnseheiben (31), der mittleren Rollbahnscheibe-(33) und zwei Kugelreihen

(32) zusammenhält.

9. Lager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (40) geteilt (bei 41) ausgebildet und unter elastischer Verformung zu öffnen ist.

10. Lager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilschlitz (41) ein Element zur Winkeleinstellung des Lagers gegenüber dem das Lager tragenden Bauteil ist.

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