DE4227669A1

DE4227669A1 - Klemmkoerperfreilauf

Info

Publication number: DE4227669A1
Application number: DE4227669A
Authority: DE
Inventors: Roland Dr Ing Welter; Joachim Dipl Ing Ritter
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Priority date: 1992-03-21
Filing date: 1992-08-21
Publication date: 1993-09-23
Also published as: FR2688842A1; GB2265192B; GB9305640D0; JPH0610976A; FR2688842B1; GB2265192A; US5407045A

Description

Die Erfindung betrifft einen Klemmkörperfreilauf, bestehend aus einem äußeren und einem inneren Laufring mit im wesentlichen zylindrischen, konzentrisch zueinander angeordneten Klemmflächen, zwischen denen kippbar, in einem Käfig geführte, angefederte Klemmkörper angeordnet sind.

Derartige Klemmkörperfreiläufe mit Käfig sind beispielsweise aus der DE-PS 12 51 596 bekannt. Die Fertigung der Klemmkörper erfolgt über die notwendigen Bearbeitungsvorgänge: Herstellen einer Profilstange aus gezogenem Material, Ablängen der einzelnen Klemmkörper, Härten der abgeschnittenen Klemmkörper und Entgraten der gehärteten Klemmkörper durch Gleitschleifen. Derartige Klemmkörper besitzen herstellungsbe dingt eine Art Kissenform, das heißt eine leicht nach innen gewölbte Klemmfläche, die im Betrieb mit zylindrischen Laufbahnen von Innen- und Außenring zu Kantentragen führt. Aufgrund der erhöhten Druckspan nung im Bereich der Klemmbahnkante treten an diesen Stellen Ausbrüche auf. Diese Kantenausbrüche stellen Schwachstellen dar, die den weite ren Schadensablauf am Klemmkörper begünstigen und zum sofortigen Bruch der Klemmkörper und somit Funktionsausfall des Freilaufs führen kön nen. Im Schaltbetrieb reduziert das Kantentragen die erreichbare Lebensdauer des Klemmkörperfreilaufes und im Leerlaufbetrieb stellt sich erhöhte Reibung und Verschleiß im Kantenbereich ein.

Man hat schon bei Zylinderrollenlagern oder Klemmrollenfreiläufen versucht, solche Überbeanspruchungen dadurch zu verhindern oder ein zuschränken, daß man die Kanten der Zylinderrollen bzw. der Klemm rollen abrundet oder abschrägt, während der mittlere Teil zylindrisch bleibt. Eine derartige Profilierung wird bei Klemmkörpern von Klemm körperfreiläufen wegen des dazu notwendigen hohen Fertigungswandes nicht angewendet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Lebensdauer eines Klemm körperfreilaufes zu erhöhen und dessen wirtschaftliche Fertigung zu gewährleisten.

Erfindungsgemäß wird die vorstehende Aufgabe dadurch gelöst, daß die Klemmflächen des äußeren und/oder inneren Laufringes an ihrem mitt leren Teil einen kleineren und/oder größeren Durchmesser als an ihren Enden aufweisen.

Durch eine derartige Profilierung der Klemmflächen wird erreicht, daß die spezifische Beanspruchung an den Kanten der Klemmkörper vermindert wird. Schädliche Kantenpressung kann vermieden werden, da aufgrund der erfindungsgemäßen Profilierung Spitzenspannungen im Kantenbereich reduziert sind.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Klemm fläche des inneren Laufringes so gestaltet, daß der mittlere Teil der Klemmfläche zylindrisch bleibt und im Kantenbereich ein abfallendes Profil erhält, das heißt, die Klemmfläche weist an ihrem mittleren Teil den größten Durchmesser auf. Dies erklärt sich damit, daß der Innenring gegenüber dem Außenring aufgrund seines geringeren Durch messers eine kleinere Mantelfläche aufweist, somit einer spezifisch höheren Belastung unterliegt und damit im Hinblick auf eine Werkstoff ermüdung deutlich stärker gefährdet als der Außenring ist. Da der Innenring zur Erzielung der Maßhaltigkeit und einer guten Oberflächen qualität ohnehin geschliffen werden muß, bedeutet es nur einen gering fügigen Mehraufwand, ein im Kantenbereich definiert abfallendes Profil zu erzeugen.

In zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung nach den Ansprüchen 2 bis 4 wird die Klemmfläche des Innenringes in axialer Richtung durch zwei Borde, einen Bord und eine Anlaufscheibe oder zwei Anlaufscheiben begrenzt.

Eine weitere Möglichkeit der axialen Führung von Käfig und Klemmkör pern gegenüber der profilierten Klemmfläche besteht nach Anspruch 5 in der Verwendung eines Schnappkäfigs, der in einer ringförmigen Nut des Innenringes geführt ist. Diese präzise axiale Führung der Klemmkörper bzw. des Käfigs ist für den gewünschten Effekt einer gleichmäßigen Kontaktbelastung zwischen Klemmkörper und Klemmfläche unerläßlich.

Nach einer weiteren Variante der Erfindung, die im Anspruch 6 angege ben ist, kann der Klemmkörperfreilauf so ausgebildet sein, daß eine Welle als innerer Laufring dient. In diesem Fall ist die Klemmfläche der Welle so gestaltet, daß sie an ihrem mittleren Teil zylindrisch bleibt und im Kantenbereich ein abfallendes Profil erhält, das heißt sie weist an ihrem mittleren Teil den größten Durchmesser auf. Eine derartige Bauweise eines Klemmkörperfreilaufes erlaubt eine besonders kurze radiale Bauform. Alternativ dazu kann auch die Klemmfläche einer Nabe beispielsweise eines Zahnrades, derartig ballig ausgebildet sein.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung nach den Ansprüchen 7 und 8 ist die Klemmfläche der Welle in axialer Richtung durch eine Anlauf scheibe und einen in der Welle vorhandenen Absatz oder zwei Anlauf scheiben begrenzt. Diese Axialführung der Klemmkörper und des klemm körpergeführten Käfigs auf der ballig profilierten Welle sichert die gewünschte, gleichmäßige Kontaktbelastung.

Die bisherigen Ausführungen der Erfindung beschränken sich auf Kanten spannungen bei einer symmetrischen Hertz′schen Belastung. Oftmals tritt jedoch der Fall ein, daß der Innen- und/oder der Außenring eines Klemmkörperfreilaufes radial unterschiedlich nachgeben und somit eine radial unterschiedliche Belastung aufweisen. Diese radial ungleich förmige Nachgiebigkeit der Laufringe wird durch deren Wanddickenunter schiede oder durch Stützwirkung von anliegendem Material hervorgeru fen.

Um eine gleichmäßige radiale Belastung, das heißt eine gleichmäßige Hertz′sche Pressung über den gesamten Kontaktbereich zwischen Klemm flächen und Klemmkörpern zu erreichen, sollen nach dem unabhängigen Anspruch 9 die Klemmflächen des äußeren und/oder inneren Laufringes im Randbereich mit der größten Steifigkeit einen größeren und/oder klei neren Durchmesser als der restliche Teil der Klemmflächen aufweisen.

Auch in diesem Fall wird durch die einseitige Profilierung der Klemm flächen erreicht, daß an dieser Stelle die spezifisch hohe Beanspru chung an den Kanten der Klemmkörper vermindert wird, da diese mit den entsprechenden Teilen der Klemmflächen nicht in Kontakt kommen.

Schließlich ist nach Anspruch 10 in Weiterbildung der Erfindung vor gesehen, daß die Klemmflächen der Laufringe linear, ballig oder loga rithmisch profiliert sind. Die optimale Profilform der Klemmflächen kann, abhängig vom jeweiligen Klemmkörper und von der vorherrschenden Betriebslast, entweder rechnerisch oder experimentell durch Eindrück versuche des Klemmkörpers auf einer Unterlage aus gleichem Werkstoff wie die Laufbahn und anschließender Vermessung des Abdruckes herausge funden werden.

Die Erfindung wird an nachstehenden Ausführungsbeispielen näher erläu tert. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Klemmkörperfreilauf mit axialer Führung der Klemmkörper durch zwei Borde,

Fig. 2 einen Schnitt durch einen Klemmkörperfreilauf mit axialer Führung der Klemmkörper durch einen Bord und eine Anlauf scheibe,

Fig. 3 einen Schnitt durch einen Klemmkörperfreilauf mit axialer Führung der Klemmkörper durch zwei Anlaufscheiben,

Fig. 4 einen Schnitt durch einen Klemmkörperfreilauf mit axialer Führung der Klemmkörper durch einen Schnappkäfig,

Fig. 5 einen Schnitt durch einen Klemmkörperfreilauf bei Ver wendung einer Welle als Innenlaufbahn mit axialer Führung der Klemmkörper durch einen Absatz und eine Anlaufschei be,

Fig. 6 einen Schnitt durch einen Klemmkörperfreilauf bei Ver wendung einer Welle als Innenlaufbahn mit axialer Führung der Klemmkörper durch zwei Anlaufscheiben,

Fig. 7 einen Schnitt durch einen Klemmkörperfreilauf mit ein seitiger Profilierung der Klemmfläche des äußeren Lauf ringes und

Fig. 8 einen Schnitt durch einen Klemmkörperfreilauf mit ein seitiger Profilierung der Klemmfläche des inneren Lauf ringes.

Der Klemmkörperfreilauf nach Fig. 1 besteht im wesentlichen aus einem äußeren Laufring 1 mit einer zugehörigen Klemmfläche 7 sowie einem inneren Laufring 2 mit einer Klemmfläche 8 und Klemmkörpern 5, die zwischen den Klemmflächen 7 und 8 angeordnet sind. Die Klemmfläche 7 des äußeren Laufringes 1 weist über den gesamten Bereich der Breite der Klemmkörper 5 eine zylindrische Mantelfläche auf, das heißt der äußere Laufring 1 besitzt über seine gesamte Breite einen konstanten Durchmesser. Die Klemmfläche 8 des inneren Laufringes 2 hingegen ist derart ballig gestaltet, daß sie in ihrem mittleren Teil den größten Durchmesser aufweist und im Kantenbereich ein definiert abfallendes Profil erhält, das heißt, der mittlere Teil der Klemmfläche 8 bleibt zylindrisch. Die Klemmkörper 5 rollen also einerseits auf der zylin drischen Klemmfläche 7 des äußeren Laufringes 1 und andererseits auf dem zylindrischen Mittelteil der Klemmfläche 8 des inneren Laufringes 2 ab.

Die Führung der Klemmkörper 5 erfolgt durch einen Käfig 6. Neben der beschriebenen Balligkeit der Klemmfläche 8 ist für die erwünschte gleichmäßige Kontaktbelastung eine axiale Führung der Klemmkörper 5 erforderlich. Wie aus der Fig. 1 ersichtlich, erfolgt die Begrenzung der seitlichen Bewegung der Klemmkörper 5 durch Borde 3, 4 des inneren Laufringes 2. Der Figur ist auch entnehmbar, daß die axiale Beweglich keit zwischen den Klemmkörpern 5 und dem äußeren Laufring 1 zum Aus gleich von Toleranzen und unterschiedlicher Wärmedehnungen von Welle und Gehäuse gegeben ist.

Der in den Fig. 2 und 3 dargestellte Klemmkörperfreilauf unter scheidet sich von dem in der Fig. 1 dargestellten nur durch die axiale Begrenzung der Klemmfläche 8. Während in Fig. 2 die Begrenzung der Klemmfläche 8 durch den Bord 4 und eine Anlaufscheibe 9 realisiert wird, erfolgt die Begrenzung der Klemmfläche 8 nach Fig. 3 durch die Anlaufscheiben 9 und 10.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Klemmkörperfreilauf erfolgt die für eine gleichmäßige Kontaktbelastung zwischen Klemmkörper 5 und Klemm fläche 8 erforderliche axiale Führung durch den Käfig 6 in Form eines Schnappkäfigs, der in einer Ringnut 13 des inneren Laufringes 2 ge führt ist.

Nach den Fig. 5 und 6 besteht der dargestellte Klemmkörperfreilauf aus dem äußeren Laufring 1 mit zylindrische Klemmfläche 7 und einer als inneren Laufring fungierenden Welle 11 mit der balligen Klemm fläche 8. Auch hier ist die Klemmfläche 8 derart gestaltet, daß ihr mittlerer Teil zylindrisch bleibt und daß sie in Richtung des Kanten bereiches der Klemmkörper 5 ein abfallendes Profil aufweist. Nach Fig. 5 ist die Klemmfläche 8 versetzt in Richtung Mittelachse der Welle 11 angeordnet, so daß die axiale Bewegung der Klemmkörper 5 durch einen Absatz 12 in der Welle 11 und die Anlaufscheibe 9 begrenzt wird.

Nach Fig. 6 weist die Welle 11 im Bereich der Klemmkörper 5 einen vergrößerten Durchmesser auf, so daß die Klemmfläche 8 gegenüber der übrigen Welle 11 in radialer Richtung hervorgehoben ist. Die axiale Begrenzung der Klemmfläche 8 wird in diesem Fall mit Hilfe der Anlauf scheiben 9 und 10 vorgenommen.

Nach Fig. 7 weist der dargestellte Klemmkörperfreilauf einen äußeren Laufring 1 mit einem Bord 4 auf. Auf der gegenüberliegenden Seite wird der Klemmkörper 5 in axialer Richtung durch eine Anlaufscheibe 9 in seinem Bewegungsspiel begrenzt.

Bedingt durch die einseitige Anbindung des Bordes 4 an den äußeren Lagerring 1 weist dieser in axialer Richtung gesehen eine unterschied liche Steifigkeit auf. Diese ist in unmittelbarer Nähe des Bordes 4 am größten und verringert sich in Richtung der Anlaufscheibe 9. Diese unterschiedliche Steifigkeit bewirkt in radialer Richtung eine unter schiedliche Aufweitung des äußeren Lagerringes 1, so daß bei Belastung eine unterschiedliche Hertz′sche Pressung über den Querschnitt auf tritt. Diese ist dort am größten, wo der äußere Laufring 1 seine geringste mechanische Verformung aufweist, das heißt in unmittelbarer Nähe des Bordes 4.

Die Klemmfläche 7 des äußeren Laufringes 1 ist daher im Randbereich mit der größten Steifigkeit mit einem größeren Durchmesser versehen, während in axialer Richtung nach rechts gesehen der Durchmesser der Klemmfläche 7 einen konstanten Wert behält. Auf diese Weise wird über die gesamte Kontaktfläche von Klemmkörper 5 und Klemmfläche 7 eine gleichmäßige radiale Belastung gesichert.

Im Gegensatz zu Fig. 7 zeichnet sich der in Fig. 8 dargestellte Klemmkörperfreilauf dadurch aus, daß der innere Laufring 2 in axialer Richtung gesehen einen geschwächten Querschnitt aufweist, so daß unter Belastung eine unterschiedliche Aufweitung und somit eine unterschied liche Hertz′sche Pressung geben ist. Diese ist dort am größten, wo der innere Laufring 2 seinen größten Materialquerschnitt und damit eine nur geringe mechanische Verformung aufweist.

Daher ist an dieser Stelle der innere Laufring 2 mit einer erfindungs gemäßen Profilierung versehen, so daß seine Klemmfläche 8 im Durch messer verringert ist, während der übrige Teil der Klemmfläche 8 einen konstanten Durchmesser aufweist.

Erfindungsgemäß sollen Überbeanspruchungen im Kantenbereich der Lauf ringe 1 und/oder 2 durch eine Profilierung von deren Klemmflächen 7 und/oder 8 vermieden werden. Aus fertigungstechnischen Gründen ist die Profilierung der Klemmflächen vorteilhaft; es bleiben dennoch, eventu ell aufgrund verbesserter Bearbeitungsverfahren für die Klemmkörper- Möglichkeiten, auch nur die Klemmkörper im Kantenbereich oder sowohl die Klemmbahnen als auch die Klemmkörper in den Kantenbereichen zu profilieren.

Die Kontaktflächen der Klemmkörper wären dann im Randbereich abge schrägt oder über den genannten Kontaktbereich ballig auszubilden.

Bezugszahlenliste

1 äußerer Laufring
2 innerer Laufring
3, 4 Bord
5 Klemmkörper
6 Käfig
7, 8 Klemmfläche
9, 10 Anlaufscheibe
11 Welle
12 Absatz
13 Ringnut

Claims

1. Klemmkörperfreilauf, bestehend aus einem äußeren (1) und einem inneren Laufring (2) mit zylindrischen, konzentrisch zueinander an geordneten Klemmflächen (7, 8), zwischen denen kippbar, in einem Käfig (6) geführte, angefederte Klemmkörper (5) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmflächen (7, 8) des äußeren (1) und/oder inneren Laufringes (2) an ihrem mittleren Teil einen kleineren und/- oder größeren Durchmesser als an ihren Enden aufweisen.

2. Klemmkörperfreilauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmfläche (8) des inneren Laufringes (2) durch zwei Borde (3, 4) begrenzt ist.

3. Klemmkörperfreilauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmfläche (8) des inneren Laufringes (2) durch den Bord (4) und eine Anlaufscheibe (9) begrenzt ist.

4. Klemmkörperfreilauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmfläche (8) des inneren Laufringes (2) durch zwei Anlaufschei ben (9, 10) begrenzt ist.

5. Klemmkörperfreilauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig (6) in einer Ringnut (13) des inneren Laufringes (2) geführt ist.

6. Klemmkörperfreilauf, dessen Klemmflächen (7, 8) unmittelbar durch eine Mantelfläche einer Welle (11) und/oder eine Bohrung einer Nabe gebildet werden und zwischen denen kippbar in einem Käfig (6) geführ te, angefederte Klemmkörper (5) angeordnet sind, dadurch gekennzeich net, daß die Klemmfläche (8) der Welle (11) an ihrem mittleren Teil einen größeren Durchmesser als an ihren Enden aufweist und/oder daß die an der Nabe ausgebildete Klemmfläche (7) an ihrem mittleren Teil einen kleineren Durchmesser als an ihren Enden aufweist.

7. Klemmkörperfreilauf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmfläche (8) der Welle (11) durch einen Absatz (12) in der Welle (11) und die Anlaufscheibe (9) begrenzt ist.

8. Klemmkörperfreilauf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmfläche (8) der Welle (11) durch die Anlaufscheiben (9, 10) begrenzt ist.

9. Klemmkörperfreilauf, bestehend aus einem äußeren (1) und einem inneren Laufring (2) mit zylindrischen, konzentrisch zueinander an geordneten Klemmflächen (7, 8) zwischen denen kippbar, in einem Käfig (6) geführte, angefederte Klemmkörper (5) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmflächen (7, 8) des äußeren (1) und/oder inneren Laufringes (2) im Randbereich mit der größten Steifigkeit einen größeren und/oder kleineren Durchmesser als deren restlicher Teil aufweisen.

10. Klemmkörperfreilauf nach Anspruch 1 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmflächen (7, 8) des äußeren (1) und/oder inneren Laufrin ges (2) linear ballig oder logarithmisch profiliert sind, wobei die optimale Profilform der Klemmflächen (7, 8) rechnerisch oder experi mentell durch Eindrückversuche des Klemmkörpers (5) ermittelt wird.