DE3816914C2

DE3816914C2 -

Info

Publication number: DE3816914C2
Application number: DE3816914A
Authority: DE
Inventors: Michel Conflans Sainte Honorine Fr Orain
Original assignee: Glaenzer Spicer SA
Current assignee: Glaenzer Spicer SA
Priority date: 1987-05-22
Filing date: 1988-05-18
Publication date: 1991-09-19
Also published as: DE3816914A1; JPS6474320A; US4915513A; GB2208084A; GB8811743D0; FR2615575B1; FR2615575A1; GB2208084B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kreuz-Kegelrollen lager, insbesondere für die Anwendung bei einer integrierten Nabe des Antriebsrades eines Kraftfahrzeuges, mit einem Innenring, einem koaxial dazu angeordneten Außenring, welche jeweils zwei kegelförmige Laufbahnen aufweisen und die jeweils ein konkaves Profil bilden und paarweise gegenüberliegend angeordnet sind, und mit zwei Reihen von kegelstumpfartigen Rollen, deren Rollen in bestimmter Folge abwechselnd zwischen den beiden Laufbahnpaaren von Außenring und Innenring angeordnet sind und mit einem an ihrer Fläche mit dem größten Durchmesser vorgesehenen kugelig gewölbten Abschnitt an der gegenüberliegenden Laufbahn des Außenringes des anderen Laufbahnpaares abgestützt sind und der Mittelpunkt des kugelig gewölbten Abschnittes im Schnittpunkt der Mantelflächen der Rollen liegt und die beiden Laufbahnen des Außenringes einen Winkel von kleiner 90° zwischen sich einschließen.

Aus der FR-12 29 564 ist ein Lager bekannt, welches einen Innenring und einen koaxial dazu angeordneten Außenring aufweist. Beide Ringe sind mit kegelförmigen Laufbahnen ausgestattet, welche zusammen ein konkaves Profil bilden und paarweise gegenüberliegend angeordnet sind. Rollen, die kegelstumpfartig ausgebildet sind, liegen zwischen dem jeweiligen Laufbahnpaar. Der Kontakt zwischen den gewölbten Abschnitten der Rollen und der Laufbahnen des Außenringes liegt in dem angenäherten Bereich des Innenringes. Der Schnittpunkt der Kegelmantelflächen der Rollen liegt außerhalb der Drehachse des Lagers. Aufgrund dieser geometrischen Verhältnisse wird sich ein verhältnismäßig hoher Verschleiß einstellen, da aufgrund der Wahl des Kontaktes relativ hohe Gleitgeschwindigkeiten in Verbindung mit hohen Abstützkräften auftreten, die in Richtung des Kontaktpunktes einwirken.

Ferner ist ein solches Lager aus der FR-A-20 32 171 bekannt. Es umfaßt zwei koaxiale, umeinander angeordnete Ringe, die jeweils eine konkave Ringfläche in Form eines V-Profils zueinander bilden, durch die zwei kegelförmige Laufbahnen bestimmt werden. Eine gerade Zahl von Kegelrollen ist zwischen diesen beiden Ringen angeordnet. Die Mantelfläche jeder zweiten Kegelrolle ist zwischen eine der Laufbahnen des einen Ringes und die in axialer Position gegenüberliegende Laufbahn des anderen Ringes eingesetzt. Die übrigen Kegelrollen greifen, abwechselnd mit den ersteren, mit ihrer Mantelfläche zwischen die beiden anderen Laufbahnen ein. Zwecks Montage besteht einer der Ringe aus zwei Teilen, von denen jeder eine der Laufbahnen enthält. Zur Führung der Rollen beträgt der Winkel des V-Profils des Außenringes ca. 90°, wobei jede Kegelrolle eine große gewölbte Fläche aufweist, deren Umfangskante auf der Laufbahn des Außenringes aufliegt, an der die Mantelfläche selbst nicht anliegt.

Diese Art von Lager bietet zahlreiche Vorteile, insbeson dere Kompaktheit, mühelose Montage, hoher Widerstand ge genüber Kippmomenten, d. h. Momente, durch die eine mögliche Drehung eines der Ringe im Verhältnis zum anderen um einen Durchmesser bewirkt werden kann, hohe zulässige Axial- und Radialbelastungen, mühelose Einstellung des Spiels durch Plandrehen einer oder aller Flächen der bei den Halbringe, die den aus zwei Teilen bestehenden Ring bilden, nicht erforderlicher Rollenkäfig usw.

Trotz all dieser Vorteile hat das Kreuzrollenlager aufgrund von Führungsproblemen der Rollen bis heute keine praktische Anwendung gefunden. Bei bestimmten Anwendungen wurde ein erhöhter Verschleiß am Rand der großen Fläche der Rollen festgestellt, die entlang einer der Laufbahnen des Außenringes zur Führung der Rolle gleitet. Festge stellt wurde ebenfalls, daß sich die Rollen - trotz der Führung durch die gewölbte Fläche - in bestimmten Fällen querstellen und das Lager blockieren.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von dem gattungsbildenden Stand der Technik ein Lager vorzuschlagen, das eine verringerte Reibung und damit einen verringerten Verschleiß aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Schnittpunkt auf der Drehachse des Lagers angeordnet ist, daß der Kontakt zwischen dem gewölbten Abschnitt der Rollen und der gegenüberliegenden Laufbahn einen Abstand zum Scheitelpunkt, in dem sich die beiden Laufbahnen des Außenringes schneiden, aufweist, der zwischen 10 und 20% des großen Durchmessers der kegelartigen Rollen beträgt.

Der gewölbte Bereich besteht in Form einer Kugelfläche, die auf die Spitze des Kegelstumpfs der Mantelfläche zen triert ist. Die gewölbte Fläche und die kegelstumpfförmige Mantelfläche verfügen somit über eine gemeinsame kreis förmige, gegebenenfalls abgefaste Kante, entlang welcher sie einen Winkel von 90° bilden. Eine Berührung dieser Kante mit der gemeinsamen Kante der beiden Laufbahnen des Außenringes ist nicht möglich, da der Winkel zwischen den Laufbahnen weniger als 90° beträgt. So ist die vorgenannte, theoretische oder tatsächliche ringförmige Kante jeder Rolle in Berührung mit der Laufbahn des Außenringes, an dem die Mantelfläche der Rolle anliegt, wobei dieser Be rührungspunkt jedoch von der anderen Laufbahn entfernt liegt.

Alle gewölbten Flächen der Rollen einer gleichen Reihe gehören im wesentlichen einer gleichen theoretischen Ku gelfläche an, die innerhalb des konkaven, durch die andere Laufbahn des Außenringes gebildeten Kegelstumpfs aufliegt. Es ist bekannt, daß die Berührungslinie zweier derartiger Flächen einen Umfang darstellt. So liegt der gewölbte Abschnitt jeder Rolle mit einem Umfangssegment an der besagten anderen Laufbahn im Abstand von der gemeinsamen Kante zwischen den beiden Laufbahnen des Außenringes an.

Demnach besteht der Kontakt zwischen dem gewölbten Ab schnitt und dem Laufring nicht mehr in Form eines Punktes, sondern in Form einer Linie. Hieraus resultiert, daß der Kontaktdruck und damit der Verschleiß und der mechanische Gleitverlust deutlich eingeschränkt werden. Darüber hinaus ist das Kontaktsegment umfangsmäßig zur Lagerachse ausge richtet, d. h. entsprechend der Richtung, die notwendig ist, um die Rolle zur Vermeidung einer möglichen Quer stellung zwischen den beiden Ringen zu stabilisieren und damit eine erhöhte Präzision sowie eine weichere, spiel freie Funktion, verbunden mit einer langen Lebensdauer bei hoher Beanspruchung zu erreichen.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft die Anwendung des vorgenannten Lagers in einer integrierten Radnabe bei Kraftfahrzeugen, wobei der Innenring aus einem geführten Antriebsgelenkelement und der Außenring aus zwei Halbringen besteht, von denen einer dieser Halbringe Bestandteil eines Nabenträgers ist und der andere in Form eines ringförmigen Flansches ausgebildet ist, der an dem Nabenträger um das geführte Antriebsgelenkelement befestigt ist.

Der Begriff integrierte Radnabe bezeichnet eine Nabe, in der das geführte Antriebsgelenkelement, der Innenring des Radlagers und der Befestigungsflansch des Antriebsrades in einem Teil vereint sind.

Wenn diese integrierten Naben beispielsweise mit her kömmlichen zweireihigen Kugellagern oder Kegelrollenlagern kombiniert werden, muß die äußere Laufbahn bei der Montage zur Einführung der Kugeln radial zur inneren Laufbahn versetzt werden. Nun befindet sich aber eine Dichtung zwischen dem Radflansch und dem Nabenträger. (Diese Dich tung kann anschließend nicht mehr eingesetzt werden.)

Die Dichtungslippen müssen somit radial um mehrere Milli meter versetzt werden und anschließend erneut ihre korrek te Position und ihren kontinuierlichen Kontakt auf der Auflagefläche finden. Eine diesbezügliche Kontrolle ist nicht möglich, da die Lippen verdeckt sind. In Anbetracht der Empfindlichkeit dieser Dichtungen stellen diese Mon tagebedingungen einen erheblichen Nachteil dar. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die drehenden Dichtungs flächen dagegen axial in die Dichtungen eingeschoben, so daß keine anormale Beanspruchung auf die Dichtungslippen während der Montage ausgeübt wird.

Bei der Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung liegen die im Kontaktpunkt einwirkenden Kräfte etwa in einer Größenordnung, die deutlich unter den Abstützkräften, die das Lager in radialer Richtung aufzunehmen hat, liegen. Darüber hinaus ergeben sich Gleitgeschwindigkeiten, die etwa nur 30% der üblichen auftretenden Geschwindigkeiten betragen. Hieraus ist erkennbar, daß sich die Verluste, die sich bei dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung ergeben, in der Größenordnung von nur 10% der mechanischen Verluste bewegen, die ansonsten üblich sind.

Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen und aus der nachstehenden Be schreibung hervor. Die Zeichnung zeigt Ausführungsbei spiele und erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit.

Es zeigt

Fig. 1 schematisch einen Halbquerschnitt eines La gers gemäß der Erfindung,

Fig. 1A eine Teilansicht durch die Achse einer Rolle im Schnitt in vergrößertem Maßstab,

Fig. 2 eine axiale Teilansicht einer integrierten Vorderradnabe eines frontangetriebenen Fahr zeugs im Schnitt,

Fig. 3 eine schematische Ansicht entsprechend Fig. 1,

Fig. 4 eine schematische Ansicht in Richtung der Lagerachse mit Darstellung der jeweiligen Rollenanordnung,

Fig. 5 eine Ansicht der beiden Rollen entsprechend Pfeilrichtung V von Fig. 4,

Fig. 6 die Ansicht einer Rolle,

Fig. 7 eine geometrische Konstruktion mit Dar stellung der gegenseitigen Abhängigkeit der bezeichnenden Lagerwinkel zur mühelosen Be rechnung eines jeden Winkels im Verhältnis zu den andern,

Fig. 8 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 1, jedoch eine praktische Ausführung der Rollen betreffend,

Fig. 9 die perspektivische Ansicht von zwei Rollen gemäß Fig. 8, deren Abfasungen nicht dar gestellt sind,

Fig. 10 eine vereinfachte Ansicht ähnlich jener nach Fig. 1 mit Darstellung einer Plättcheneinlage,

Fig. 11 einen Schnitt entsprechend der Linie XI-XI von Fig. 10,

Fig. 12 die perspektivische Ansicht einer Plättchen einlage,

Fig. 13 eine entsprechende Ansicht wie Fig. 1, jedoch bezüglich einer Ausführungsform mit Käfig und zweiteiligem Innenring,

Fig. 14 eine Teilansicht im Schnitt entsprechend der Linie XIV-XIV von Fig. 13,

Fig. 15 eine Teilabwicklung des Käfigs,

Fig. 16 eine entsprechende Ansicht wie Fig. 1, jedoch eine Variante betreffend und

Fig. 17 eine entsprechende Ansicht wie Fig. 4, jedoch eine Variante betreffend.

Wie in Fig. 1 gezeigt, besteht das Kreuz-Kegelrollenlager aus einem Innenring 1 und einem Außenring 2, der koaxial um den Innenring 1 angeordnet ist. Diese Ringe weisen zueinander jeweils zwei kegelförmige Laufbahnen 3, 4 bzw. 6, 7 auf, die gemeinsam auf jedem Ring ein konkaves V-förmiges Profil bilden.

Der Ring 2 ist in Form von zwei Halbringen 2a und 2b aus gelegt, von denen einer die Laufbahn 6 und der andere die Laufbahn 7 trägt. Die beiden Halbringe sind entsprechend einer Auflageebene P-P aneinander befestigt, die senkrecht zur Achse X-X des Lagers und über die kreis förmige Kante 8 der Bahnen 6 und 7 verläuft. Die Ebene P-P stellt eine Symmetrieebene für alle Funktionsflächen der Ringe 1 und 2 dar. Sie schneidet die Achse X-X in 0.

Zwei gleiche Reihen von Rollen 9a und 9b allgemein kegel stumpfartiger Form sind zwischen den Ringen 1, 2 angeord net. Die kegelstumpfförmige Mantelfläche der Rollen 9a der ersten Reihe ist zwischen einer der Laufbahnen 6 des Außenringes 2 und die dem Innenring 1 axial gegenüberlie gende Laufbahn 4 eingesetzt. Die Rollen 9b der zweiten Reihe sind, abwechselnd mit den Rollen 9a der ersten Reihe, mit ihrer Mantelfläche zwischen die beiden anderen Laufbahnen 3 und 7 eingesetzt.

Die kegelstumpfförmigen Mantelflächen der Rollen 9a und die kegelstumpfförmigen Laufbahnen 4 und 6, zwischen die die Mantelflächen eingesetzt sind, laufen an einer gemein samen Spitze X auf der Achse X-X des Lagers zusammen. Somit ist X die Spitze aller Kegelstümpfe, die die Bahnen 4 und 6 und die Mantelflächen der Rollen 9a be stimmen. In gleicher Weise laufen die kegelstumpfförmigen Mantelflächen der Rollen 9b und die beiden kegelstumpfför migen Laufbahnen 3 und 7, zwischen die die Mantelflächen eingesetzt sind, in einer gemeinsamen Spitze Y auf der Achse X-X des Lagers zusammen. Die Spitzen X und Y sind zueinander im Verhältnis zur Ebene P-P symmetrisch ange ordnet.

Ein gewölbter bombierter Abschnitt 1 der großen Fläche jeder Rolle 9a oder 9b gleitet entlang der auf dem Außen ring 2 gegenüberliegenden Laufbahn 7 oder 6. In dem gezeigten Beispiel erstreckt sich der gewölbte Abschnitt 11 über die Gesamtheit der großen Fläche jeder Rolle 9a oder 9b.

Der geometrische Punkt der gleitenden Auflage, der an späterer Stelle beschrieben wird, ist mit T bezeichnet.

Gemäß der Erfindung gehören die gewölbten Abschnitte 11 der Rollen 9a einem idealen gemeinsamen Kugelstück Sx an, deren Zentrum in der gemeinsamen Spitze X der Mantelfläche dieser Rolle liegt. In gleicher Weise gehören die gewölb ten Abschnitte 11 der Rollen 9b einer idealen gemeinsamen Kugel Sy an, die an der gemeinsamen Spitze Y der Mantel fläche dieser Rolle zentriert ist.

Wie in Fig. 1A dargestellt, ist der Winkel G, den jede Rolle 9a oder 9b im Axialschnitt gesehen entlang der ge meinsamen ringförmigen Kante 12 zwischen der Seitenwand und dem gewölbten Abschnitt 11 bildet, ein Winkel von 90°.

Außerdem beträgt der Winkel 2A, den die beiden Laufbahnen 6 und 7 des Außenringes 2 zueinander bilden, weniger als 90°. In Anbetracht der Symmetrie im Verhältnis zur Ebene P-P, bildet somit jede Laufbahn 6 oder 7 mit der Ebene P-P einen Winkel unter 45°.

Bei einer Rolle 9a, Fig. 1A, deren Mantelfläche gemäß ihrer Konstruktion eine Mantellinie aufweist, die an der Laufbahn 6 anliegt, kann so die Kante 12 nicht mit der Kante 8 zwischen den Laufbahnen 6 und 7 in Berührung ge raten, da der Winkel G, gleich 90°, größer ist als der Winkel 2A. Somit ist der Kontaktbereich T von den ringför migen Kanten 12 und 8 entfernt.

Der Kontakt T ergibt sich aus einer Berührung der Kugel Sx in dem konkaven Kegelstumpf 7 oder aus einer Berührung der Kugel Sy in dem konkaven Kegelstumpf 6. Diese Berührung erfolgt entsprechend einem auf die Achse X-X der Kegel stümpfe zentrierten Kreis. Bei den Abschnitten T handelt es sich somit, geometrisch gesehen, um Segmente dieser beiden Kreise. In Fig. 4 sind einige dieser Segmente dar gestellt.

Auf der Berührungslinie T ist der Krümmungsradius der kegelförmigen Bahn 6 oder 7 gleich dem Radius der Kugeln Sx und Sy. Er ist auf die Mitte X bzw. Y zentriert.

Nachstehend werden einige zahlenmäßige Besonderheiten des Lagers beschrieben.

Die Gesamtzahl der Rollen 9a und 9b entspricht einer ge raden Zahl, da die Zahl der Rollen 9a gleich der Zahl der Rollen 9b ist. Die Gesamtzahl sollte vorzugsweise zwischen 14 und 28 mit einer optimalen Rollenzahl von 20 oder 22 liegen.

Im Falle einer größeren Rollenzahl kann es zu einer mög lichen Eigenverklemmung und Blockierung des Lagers kommen.

Da davon ausgegangen wird, daß die Rollen in der Umfangs richtung im wesentlichen aneinanderliegen, ist bei einer großen Rollenzahl eine geringe Konizität der Rollen und damit die Gefahr einer unzureichenden Eigenführung der Rollen zwischen den Ringen gegeben.

Diese maximale Grenzzahl "n" ist abhängig von dem effek tiven Gleitkoeffizienten f zwischen den Laufbahnen 3, 4, 6, 7 und der kegelförmigen Fläche der Rollen 9a und 9b.

Beispiel

f = 0,10 n 28
f = 0,08 n 34

Da der Gleitkoeffizient f seinerseits von der Oberflächen beschaffenheit und den Schmierbedingungen abhängt und aus diesem Grunde die Gefahr nennenswerter Veränderungen be steht, sollte vorzugsweise eine geringere Rollenzahl ge wählt werden.

Eine Rollenzahl von weniger als 14 hat den Nachteil, daß der Durchmesser der Innenwelle erheblich reduziert oder bei einem gegebenen Durchmesser der Innenwelle eine unzu lässige diametrale Flächenbeanspruchung bewirkt wird.

Diese Anmerkungen gelten vor allem für die Radnabenanwen dung bei frontangetriebenen Fahrzeugen, wie in Fig. 2 dargestellt. Bei dieser Anwendung, die an späterer Stelle im einzelnen beschrieben wird, sind die Rollen 9a, 9b um das geführte Außenelement 13 eines Gleichlaufgelenks ange ordnet.

Das Verhältnis D/H des maximalen Durchmessers D einer nicht an den Enden ihrer Axialabmessung H abgefasten Rolle ist größer als 1,1 (Fig. 6).

Im Falle von Rollen mit abgefaster ringförmiger Kante 12 entspricht der Durchmesser D dem theoretischen Kanten durchmesser vor der Abfasung.

Die Kontaktlinie T zwischen dem Kugelbereich 11 jeder Rolle und der gegenüberliegenden kegelförmigen, äußeren Laufbahn liegt in einem Abstand von vorzugsweise 10 bis 20% des Durchmessers der großen Fläche der Rolle, gerechnet ab der Kante 8.

Diese Position wird durch den Winkel E bestimmt (Fig. 1). Dies bedeutet, daß der Winkel E vorzugsweise 10 bis 20% des Winkels an der Spitze J der Rolle betragen muß.

Die Berührungslinie T zwischen dem Kugelabschnitt 11 jeder Rolle 9a bzw. 9b und der kegelförmigen Laufbahn 6 bzw. 7, auf der die Rolle aufliegt und geführt wird, weist somit eine Nutzlänge auf, die vorzugsweise 50% bis 75% des großen Durchmessers der Rolle beträgt, um eine einwand freie Richtungsführung bei minimaler Gleitwirkung zu ge währleisten (siehe Fig. 9 und 14). Die Auflage- und Füh rungskräfte sind in den Fig. 1, 8 und 13 durch die Pfeile F_t dargestellt.

Es genügt, wenn die große Fläche des Kegels zumindest in dem ringförmigen an die kegelstumpfförmige Seite angren zenden Bereich kugelförmig ist.

Der mittlere Bereich an der Spitze 14 der großen funk tionslosen Fläche kann flach oder hohl sein. Er ist in den Fig. 9 und 14 in schraffierter Weise dargestellt. Die kleine Fläche der Rollen 9a oder 9b ist ohne funktionelle Bedeutung, so daß ihr Profil und ihre Abmessungen keine Präzision verlangen.

Die Rollen können aneinandergrenzen (Fig. 4 und 5), vor ausgesetzt, daß ein ausreichendes Umfangspiel besteht. Dank dieser Besonderheit ist kein Einsatz eines Käfigs notwendig, wie er jedoch bei den herkömmlichen Kegel rollenlagern zur Führung der Rollen unerläßlich ist.

Ein Käfig aus Kunststoffmaterial, Metall oder Verbundwerk stoff (Fig. 13 bis 15) kann in herkömmlicher Weise in stalliert werden, um eine Trennung der nebeneinanderlie genden Rollen 9a und 9b zu erreichen. Hierdurch wird eine interessante Variante eines Ausgangslagers für nebeneinan derliegende Rollen geboten, wobei zwei Rollen weggelassen werden. So ermöglicht beispielsweise ein Lager mit 28 aneinanderliegenden Rollen eine Variante mit einem Käfig mit 26 Rollen unter Verwendung der gleichen Laufringe und der gleichen Rollen. Der Käfig hat in diesem Fall eine ausschließliche Trennfunktion im Hinblick auf die Rollen und dient in keiner Weise der präzisen Richtungsführung, wie dies bei den herkömmlichen Lagern der Fall ist.

Gemäß Fig. 13, 14 und 15 ist der aus Metall oder Kunst stoff bestehende, zwischen den Ringen 1 und 2 eingesetzte Käfig 16 mit Ausnehmungen 17 versehen, deren Kanten 18 an der kegelförmigen Mantelfläche und der kugelförmigen Grundfläche jeder der Rollen 9a und 9b gleiten. Der Käfig ist auf den Rollen geführt, wobei durch die Trennwände 19 der Ausnehmungen 17 eine Berührung zwischen den angren zenden Rollen vermieden wird.

Eine Trennung der Rollen kann ebenfalls in vorteilhafter Weise durch Plättcheneinlagen 21 aus Kunststoff oder Me tall erfolgen, wobei sich jede Seite dieser Plättchen der kegelförmigen Form der beiden angrenzenden Rollen 9a und 9b, auf denen die Seite aufliegt und geführt wird, anpaßt (Fig. 10, 11 und 12).

Jedes Plättchen 21 weist zwei gegenüberliegende konkave kegelförmige Flächen 2 auf. Die Achsen 23 der Kegel bilden zueinander einen Winkel gleich 2K, wobei K dem von der Achse X-X oder Y-Y jeder Rolle mit der Achse X-X des La gers gebildeten Winkel entspricht (Fig. 3).

In Fällen, in denen weder ein Käfig noch Plättchen vorge sehen sind, kann die Gleitwirkung zwischen den angrenzen den Rollen durch leichtes kreisförmiges Abdrehen 24 des hyperbolischen auf den Berührungsumfang zwischen den Rollen ausgerichteten Hohlprofils begünstigt werden.

So erfolgt die Berührung zwischen den Rollen entsprechend einem Liniensegment 26 (Fig. 8 und 9) und nicht in einem Punkt. Der Mittelpunkt der Berührungslinie 26 liegt auf der Schnittstelle (Fig. 3) der beiden Achsen X-X und Y-Y, die jeweils mit der Achse X-X einen Winkel K bilden.

In Fig. 7 ist eine geometrische Konstruktion dargestellt, die das geometrische zwischen den kennzeichnenden Winkeln des Lagers bestehende Verhältnis aufzeigt, insbesondere der vorgenannte Winkel K, der Winkel V, unter dem - von der Mitte X (Rollen 9a) und im Verhältnis zur Achse X-X - die Berührungselemente T gesehen werden, der Winkel U entsprechend der Hälfte des umfangmäßig von jeder Rolle 9a und 9b eingenommenen Winkels (Fig. 4) und der Winkel J/2 entsprechend der Hälfte des Winkels an der Spitze jeder Rolle.

Die kennzeichnenden Winkel des Lagers sind ausschließlich abhängig von der Zahl der als nebeneinanderliegend ange nommenen Rollen sowie von dem angenommenen Führungswinkel E. Die Gerade XT verläuft im Punkt T senkrecht zur äußeren Laufbahn und bildet mit der Ebene P-P einen Winkel A. Zum Beispiel:

Der Winkel E liegt somit im wesentlichen zwischen 1° und 2,5°, der Winkel A zwischen 43,5° und 44,5°, der Winkel 2A zwischen 87° und 89° und der Winkel J zwischen 8° und 15°.

Winkel der inneren Laufbahnen: L=A+J (im Verhältnis zur Ebene P-P).

In Fig. 1 ist in schematischer Weise ein Lager mit 16 Rollen dargestellt. Die Kanten der Rollen, wie die Kante 12, sind abgerundet, wie dies ausschließlich in Abb. 8 dargestellt ist.

Die Laufbahnen 3 und 4 können in vorteilhafter Weise durch Einschränkung des Außendurchmessers des Innenrings 1 abge stumpft werden, so daß ein Teil der Mantellinie der über hängenden Rolle, wie in Abb. 1, Pos. 27 dargestellt, beibehalten wird. Diese Anordnung ermöglicht eine ange messene Verteilung des Berührungsdrucks der Mantelfläche jeder Rolle, der entlang der Berührungslinie auf den inneren Laufring 1 und den äußeren Laufring ausgeübt wird. Sie sorgt darüber hinaus für eine Aufrechterhaltung des Gleichgewichts der Rolle unter der Einwirkung der drei Resultierenden des auf den äußeren und inneren Laufring F_t an dem kugelförmigen Umfang ausgeübten Drucks F_e und F_i. Dies bietet die Gewähr für eine optimale Lei stung des Lagers.

Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 2 eine Anwendung des Lagers mit integrierter Nabe für das Vorder rad eines frontangetriebenen Fahrzeugs beschrieben.

Zu erkennen ist der auf den Lenkzapfen 32 montierte Naben träger 31. Der Nabenträger 31 weist eine mittlere Öffnung, um die der Halbring 2b in durchgehender Weise verläuft, und die Laufbahn 7 eines funktionsmäßig ähnlichen Lagers, wie zu Fig. 1 beschrieben, auf.

Dieses Lager, dessen Rollen 9 nur im oberen Teil darge stellt sind, trägt das geführte Außenelement eines Gleich laufgelenks mit Verlängerung durch den Flansch 41, der zur Aufnahme des Antriebsrads 38 und der Bremsscheibe 37 vor gesehen ist. Dieses Außenelement bildet in durchgehender Weise den Innenring 1 des Lagers und weist insbesondere an seiner äußeren Umfangswand zwei Laufbahnen 3 und 4 auf.

Der zweite äußere Halbring 2a mit der Laufbahn 6 besteht aus einem Ringflansch, der mit den Schrauben 33 an dem Nabenträger befestigt ist. Ein Dichtungsring 34 ist zwi schen dem Flansch 2a und dem Element 13 eingelegt. Ein weiterer Dichtungsring 36 befindet sich zwischen dem Ring 2b (definiert durch den Nabenträger 31) und dem Element 13.

Die Montage erfolgt wie nachstehend beschrieben. Die Dich tungen 34 und 36 werden in die Ringe 2a bzw. 2b eingepreßt. Das Element 13, das von jedem anderen Element, insbeson dere der Bremsscheibe 37, der Radfelge 38 und den Radbe festigungsschrauben 39 getrennt ist, wird so auf einem Tisch angeordnet, daß seine Achse vertikal verläuft und der Befestigungsflansch 41 des Rades 38 unter den Lauf bahnen 3 und 4 liegt. Der Ring 2a wird auf das Element 13 aufgepreßt, die Rollen 9 werden eingesetzt und der Naben träger 31 wird mit der Dichtung 36 auf das Element 13 montiert.

Die Schrauben 33 mit den noch unbesetzten Öffnungen 42, die in dem Flansch 41 für die Schrauben 39 vorgesehen sind, werden zur Blockierung eingesetzt. Man erhält somit eine vormontierte aus Nabenträger, Lager und Gleichlaufge lenk bestehende Einheit, die für die weitere Montage ein satzbereit ist.

Dieses Lager bietet gegenüber den herkömmlichen Lagern die folgenden Vorteile:

- Einfache Konzeption und Ausführung, da die Lauf bahnen 3, 4, 6 und 7 geradlinig und schmal sind.
- Mühelose Einstellung der Vorspannung durch Plan drehen der Auflagefläche eines oder beider äußeren Halbringe (Fig. 1) oder der inneren Halbringe 13. Tatsächlich muß dieses Lager in jedem Fall ent weder aus zwei Teilen bestehende äußere Laufringe oder innere Laufringe aufweisen, um einen Zu sammenbau zu ermöglichen. Durch Plandrehen der einen oder anderen gegenseitigen Auflagefläche oder der beiden Auflageflächen der beiden Halb ringe, die den zweiteiligen Ring bilden, kann die Vorspannung der Rollen zwischen den Ringen einge stellt werden.
- Hoher Widerstand gegenüber Kippmomenten. Dieses Lager ist speziell geeignet für besonders kompakte Radnaben von frontangetriebenen Fahrzeugen (Fig. 2). Der das Kippverhalten kennzeichnende Abstand B-B ist besonders groß. Die Punkte B und B′ liegen auf der Schnittstelle der Wirkungslinien der mit den Rollen 9a und 9b in Zusammenhang stehenden Kräfte F_i und F′_i mit der Drehachse X-X.
- Hoher Grad an Robustheit und Widerstandsfähigkeit bei seitlicher exzentrischer Stoßeinwirkung (Bei spiel: Seitenanschlag an einen Bürgersteig). Beim Kugellager wird die Berührungsellipse zwischen jeder Kugel und ihren Laufbahnen verlängert und zum Radwinkel der Laufbahn versetzt, so daß die Gefahr eines Ausbruchs besteht.
Bei den herkömmlichen Kegelrollenlagern werden die stark beanspruchten Rollen durch die Ansätze der Innenringe gehalten.
Bei der vorgeschlagenen Lagerausführung bleiben dagegen im Falle einer seitlichen Stoßeinwirkung die Richtung und Position der Kräfte F_e, F_i und F_t unverändert. Damit wird das Aufnahmever mögen der Kontaktflächen im Hinblick auf mögliche Überlasten vollständig aufrechterhalten.
- Fast keine Gleitwirkung und damit sehr geringe Erwärmung während des Betriebs.
Tatsächlich findet der gerade zu der Kraft F_t (Fig. 1) erfolgende Gleitvorgang unter geringer Last statt, da F_t bei F_i gering ist. Die Gleitgeschwindigkeit ist niedrig, da das Verhält nis E/J klein ist.
Schließlich ist der Druck gemäß der Konstruktion gering, da
- a) der Kugelradius der kugelförmigen Abschnitte gleich dem Innenradius der angrenzenden Lauf bahnen 6, 7 entlang des Segments T ist;
- b) dieser Kugelradius entsprechend XT verhält nismäßig groß ist. In Anbetracht dieses nied rigen Drucks in T erfolgt der Gleitvorgang somit unter idealen Schmierbedingungen.
- Geringe axiale Flächenbeanspruchung. Dieses Er gebnis ist auf das Bestehen nur einer einzigen Reihe von Rollkörpern (Rollen 9a und 9b) zurückzu führen.
- Müheloser Einsatz der Dichtungen, die herkömm licher Art (nicht dargestellt) und damit zuver lässig und preiswert sind.
- Nicht unbedingt notwendiger Käfig. Falls ein Käfig vorgesehen ist, so hat dieser eine ausschließliche Trennfunktion in bezug auf die Rollen und in keiner Weise eine Führungsfunktion. Damit entfällt das Erfordernis einer hohen Präzision, und der Käfig kann aus preiswerten Werkstoffen, wie z. B. Kunststoff, hergestellt werden.
- Preiswerte Herstellung:
- a) Die Rollen können kaltgeformt werden.
- b) Mühelose und schnelle Montage und Einstel lung. Besondere Vorkehrungen sind nicht not wendig. Die zur Befestigung auf dem Naben trägerzapfen verwendeten Bolzen dienen gleichzeitig für den Zusammenbau des Lagers und die Vorspannungseinstellung.
- c) Schließlich kann dank der einfachen Ausfüh rung der äußeren Laufbahnen und der mühelosen Vorspannungseinstellung eine der äußeren Laufbahnen unmittelbar im Körper des Naben trägerzapfens herausgearbeitet werden. Hier durch wird die Anzahl an Hauptteilen auf ein Mindestmaß reduziert und damit eine positive Auswirkung auf eine mögliche Senkung der Herstellungs- und Montagekosten erzielt.
- Bei bestimmten Anwendungen, z. B. im Falle von Lagern für:
  - - Flugzeug- oder Hubschrauberpropeller;
  - - Spindelstöcke für Werkzeugmaschinen, Dreh bänke, Fräsmaschinen, Bohrmaschinen usw.;
  - - Krantürme, Bohrmaschinen usw. wird in bezug auf die Lager eine Lagerkapazität für die deutlich in einer Richtung vor herrschende axiale Kraft verlangt.

Wie in Fig. 16 dargestellt, kann der Laufring, wie z. B. der Laufring 7, der die höchste und häufigste Axialbean spruchung aufzunehmen hat, mit der radialen Ebene P-P einen kleineren Winkel A₂ als der Winkel A₁ bilden, der mit der gleichen Ebene und der Mantellinie 6 des an grenzenden Laufringes gebildet wird. In diesem Fall kann der Winkel A₁ mehr als 45° betragen, wobei die Summe A₁+A₂ jedoch unter 90° liegt. Selbstverständlich stellt die Ebene P-P nicht länger eine Symmetrieebene für die Ringe dar.

Die beiden Lagerausführungen weisen eine unterschiedliche Konizität sowie ein unterschiedliches Verhältnis von Höhe und Durchmesser auf. Die Neigung der inneren und äußeren Laufbahnen ist ebenfalls unterschiedlich. Dagegen ist der Winkel E = 90 - A₁ - A₂ für beide Lagerausführungen der gleiche.

Die zufriedenstellende Funktion dieses Lagers wird dadurch erreicht, daß die beiden unterschiedlichen abwechselnden Rollenreihen mit der gleichen Geschwindigkeit um die Achse X-X des Lagers ohne Gleiten der Rollen auf den kegelför migen Laufbahnen drehen. Diese zusätzliche Bedingung ist gemäß der Erfindung dann gegeben, wenn der Abstand zwischen der Achse X-X und jedem der theoretischen Winkel, den die Rollen im Profil gesehen am Rand der Laufringe bilden, für beide Rollenreihen, d. h. einerseits in Hin blick auf die inneren Laufbahnen und andererseits in Hin blick auf die äußeren Laufbahnen, gleich ist. Gemäß Abb.16 bedeutet dies: h₂=h₁ und j₂ und j₁, ungeachtet der Winkel A₁, A₂, L₁, L₂ und E.

Für jeden Ring weisen die Mantellinien der Rollen, mit denen die Rollen der beiden Reihen mit diesem Ring in Berührung sind, in Richtung des anderen Ringes theore tische Endpunkte auf, die in gleichem Abstand von der Achse X-X gelegen sind.

Dadurch, daß alle Rollen mit der gleichen Geschwindigkeit um die Achse X-X des Lagers drehen, werden die folgenden Nachteile vermieden:

1) starkes Gleiten zwischen den Rollen und den Lauf ringen und dadurch bedingter anormal hoher Ver schleiß und Erwärmung sowie unzulässig hohe mechanische Verluste;
2) hohe Berührungskräfte zwischen angrenzenden Rollen oder an den eingelegten Trennelementen oder den Kanten des Käfigs, die ebenfalls einen Verschleiß und eine Erwärmung bewirken und damit zu einer vorzeitigen Zerstörung dieser Elemente Anlaß geben.

Die maximale axiale Belastungsfähigkeit wird dann er reicht, wenn die auf die inneren Laufbahnen aufgebrachte Axialkraft entsprechend dem Pfeil F, wie in Fig. 16 darge stellt, ausgerichtet ist, wobei die Rollen mit dem größten Durchmesser belastet werden.

Das Verhältnis der statischen axialen Leistung ist im wesentlichen proportional zu dem Verhältnis des mittleren Rollendurchmessers.

Zur Aufnahme der in einer Richtung vorherrschenden axialen Belastung durch das Lager kann darüber hinaus, wie in Fig. 17 gezeigt, eine erhöhte Rollenzahl in der am stärksten beanspruchten Reihe vorgesehen werden. Möglich ist bei spielsweise, wie gezeigt, eine Folge von zwei Rollen wie 9a, eine Rolle wie 9b, zwei Rollen wie 9a usw. In diesem Beispiel ist die Gesamtzahl der Rollen ein Mehrfaches von drei. Die Variante mit den Rollen 9a und 9b in ungerader Zahl kann mit der in Abb. 16 beschriebenen Variante kombiniert werden, wobei die in erhöhter Anzahl bestehen den Rollen die Rollen mit dem größten Durchmesser sind.

Claims

1. Kreuz-Kegelrollenlager, insbesondere für integrierte Radnabenlager eines Kraftfahrzeuges, mit einem Innenring, einem koaxial dazu angeordneten Außenring, welche jeweils zwei kegelförmige Laufbahnen aufweisen und die jeweils ein konkaves Profil bilden und paarweise gegenüberliegend angeordnet sind, und mit zwei Reihen von kegelstumpfartigen Rollen, deren Rollen in bestimmter Folge abwechselnd zwischen den beiden Laufbahnpaaren von Außenring und Innenring angeordnet sind und mit einem an ihrer Fläche mit dem größten Durchmesser vorgesehenen kugelig gewölbten Abschnitt an der gegenüberliegenden Laufbahn des Außenringes des anderen Laufbahnpaares abgestützt sind und der Mittelpunkt des kugelig gewölbten Abschnittes im Schnittpunkt der Mantelflächen der Rollen liegt und die beiden Laufbahnen des Außenringes einen Winkel von kleiner 90° zwischen sich einschließen,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schnittpunkt (X, Y) auf der Drehachse (X-X) des Lagers angeordnet ist, daß der Kontakt (T) zwischen dem gewölbten Abschnitt (11) der Rollen (9a, 9b) und der gegenüberliegenden Laufbahn (6, 7) einen Abstand zum Scheitelpunkt, in dem sich die beiden Laufbahnen (6, 7) des Außenringes (2) schneiden, aufweist, der zwischen 10 und 20% des großen Durchmessers der kegelartigen Rollen (9a, 9b) beträgt.

2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Laufbahnen (3, 4; 6, 7) auf jedem Ring (1, 2) den gleichen Winkel (A, L) mit einer zur Achse (X-X) des Lagers senkrecht verlaufenden Ebene (P-P) bilden.

3. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufbahnen (6, 7) des Außenringes mit einer gedachten, senkrecht zur Achse (X-X) des Lagers verlaufenden Ebene (P-P) ungleiche Winkel (A1, A2) bilden.

4. Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel an der Spitze (J) der Mantelflächen der Rollen 8° bis 15° beträgt.

5. Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (2A), den die beiden Laufbahnen des Außenringes zueinander bilden, zwischen 87° und 89° beträgt.

6. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen (9a, 9b) mindestens einer Reihe in ihrer Mantelfläche eine ringförmige Ausnehmung (24) aufweisen, die durch die Berührungsstellen (26) der beiden angrenzenden Rollen verläuft, und diese mit Liniensegmenten (26) aneinanderliegen.

7. Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen Käfig (16), der die Rollen (9a, 9b) in einem gleichmäßigen gegenseitigen Abstand hält.

8. Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch Plättchen (21), die zwischen jedes angrenzende Rollenpaar eingelegt sind.

9. Lager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Plättchen (21) zwei gegenüberliegende Seiten (22) aufweist, die sich der kegelstumpfartigen Form der Mantelfläche der beiden angrenzenden Rollen (9a, 9b), auf denen sie aufliegen und geführt werden, anpassen.

10. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen (9a, 9b) im wesentlichen dem Verhältnis: entsprechen, wobei D der Durchmesser der großen Fläche der kegelstumpfförmigen Mantelfläche und H die axiale Abmessung der Rollen (9a, 9b) ist.

11. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelflächen der Rollen (9a, 9b) in der Nähe ihrer großen Fläche einen überhängenden Abschnitt (27) aufweisen, der über eine Außenkante der Laufbahn (3, 4), auf der sie auf dem Innenring (1) aufliegen, hinausragt.

12. Lager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Außen- und Innenring die Mantellinien der Rollen, mit denen die Rollen der beiden Reihen mit dem betreffenden Ring in Berührung sind, in Richtung des anderen Rings theoretische Endpunkte (h₁, h₂; j₁, j₂) aufweisen, die in gleichem Abstand von der Achse (X-X) des Lagers liegen.