DE4244091C2

DE4244091C2 - Zylinderrollenlager

Info

Publication number: DE4244091C2
Application number: DE4244091A
Authority: DE
Inventors: Roland Dipl Ing Lippert
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 1992-06-02
Filing date: 1992-12-24
Publication date: 1997-07-24
Anticipated expiration: 2012-12-25
Also published as: DE4244091A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Zylinderrollenlager, bestehend aus einem äußeren Laufring, einem inneren Laufring mit zwischen diesen in einem Käfig geführten Zylinderrollen, wobei der Käfig in einer mittig angeordneten Ringnut des äuße ren oder inneren Laufringes frei drehbar geführt ist, an seinem inneren oder äußeren Durchmesser mehrere, über den gesamten Umfang verteilte Zylin derrollen aufnehmende Taschen aufweist und an seiner der Ringnut zugewand ten Umfangsfläche gleitend geführt ist.

Die Tragzahl von Wälzlagern hängt unter anderem auch wesentlich von der Anzahl der Wälzkörper ab. Vollrollige Wälzlager beinhalten die größtmögliche Anzahl an Wälzkörpern und bieten somit ein theoretisches Tragzahloptimum. Durch die Möglichkeit eines zylindrischen Wälzkörpersatzes sich zu verschrän ken, ergeben sich jedoch deutliche Einbußen. Ein weiterer Nachteil vollrolliger Wälzlager ist die Reibung der einander tangierenden Wälzkörper an ihren Kontaktstellen, an denen sich ihre Hüllen in entgegensetztem Drehsinn reiben. Aufgrund dieser größeren Verlustleistung im Lager sinkt ihre Drehzahlgrenze auf etwa den halben Wert der Zylinderrollenlager mit Käfigen. Darüber hinaus ergeben sich häufig Schwierigkeiten bei der Montage vollrolliger Wälzlager.

Um diese Nachteile zu eliminieren, ist es üblich, auf eine maximale Anzahl von Wälzkörpern zu verzichten und den somit gegenüber einer vollrolligen Aus führung gewonnenen Raum für einen Käfig auszunützen, der das Schränken bei zylindrischen Wälzkörpern und das gegenseitige Reiben der Wälzkörper anein ander verhindert und der außerdem die Wälzkörper montagefreundlich zu sammenhält. Damit sind herkömmliche Zylinderrollenlager mit Käfigen zwar bei höheren Drehzahlen betreibbar, müssen jedoch aufgrund des Platzbedarfes des Käfigs eine verringerte Anzahl von Zylinderrollen und damit eine Verringerung der Tragzahl hinnehmen.

Ein gattungsbildendes Zylinderrollenlager ist in der DES 33 00 655 beschrie ben. Bei diesem Zylinderrollenlager wird ein Kammkäfig aus einzelnen Segmen ten gebildet, die jeweils zwei Taschen zur Aufnahme der Wälzkörper aufweisen und der Stegteil der Segmente ist in einer im inneren oder äußeren Laufring angeordneten Nut geführt.

Der Nachteil eines derartigen Lagers besteht darin, daß die Fertigung und Montage eines aus vielen Segmenten zusammengesetzten Käfigs sehr aufwendig ist. Darüberhinaus ergibt sich durch die Hintereinanderreihung einer Vielzahl von Käfigsegmenten ein verringertes Platzangebot für die Zylinderrollen, das mit einer Verminderung der Tragzahl einhergeht. Außerdem ist der Käfig nicht in sich geschlossen und damit instabil.

Aus dem DE 90 03 461.9 U1 ist ebenfalls ein Käfig für ein Zylinderrollenlager bekannt, der in einer Ringnut eines Lagerringes gleitend geführt ist. Dieser Käfig ist als einstückiges kompaktes Bauteil ausgebildet und daher nicht für alle Einbausituationen in ein Lager geeignet.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Zylinderrollenlager zu entwickeln, das sowohl die Vorteile eines vollrolligen Lagers als auch die Vorteile eines Zylin derrollenlagers mit herkömmlichem Käfig aufweist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Käfig von einem, jeweils eine oder mehrere Taschen enthaltenden Segment zu einer stabilen Baueinheit in sich geschlossen wird.

Durch diese Gestaltung des Käfigs werden im Vergleich zu herkömmlichen Käfiglagern hohe dynamische und statische Tragzahlen erreicht, da selbst vollrolligen Lagern gegenüber die gleiche bzw. nahezu die gleiche Anzahl von Wälzkörpern untergebracht werden kann. Dadurch bedingt ergeben sich auch höhere zulässige Axiallasten als bei herkömmlichen Käfiglagern, da durch die Erfindung größere axiale Kontaktflächen vorhanden sind. Nach Einsetzen des Käfigs in die Ringnut des inneren oder äußeren Laufringes läßt sich dieser mühelos mit Hilfe dieses anschraubbaren oder annietbaren Segments zu einem geschlossenen Ring verbinden.

Nach einem zusätzlich weiteren Merkmal der Erfindung nach Anspruch 2 soll der Käfig im Stegbereich axiale Schmiermitteldurchtrittsbohrungen aufweisen, die mit radialen Schmiermitteldurchtrittsbohrungen verbunden sind. Wird der Käfig in der Ringnut des inneren Laufringes geführt, dann enden die radialen Schmiermitteldurchtrittsbohrungen am inneren Durchmesser des Käfigs. Erfolgt die Führung des Käfigs im äußeren Laufring, enden dementsprechend die radialen Schmiermitteldurchtrittsbohrungen an dessen äußerem Durchmesser.

Während die axialen Schmiermitteldurchtrittsbohrungen die Schmierung der Zylinderrollen positiv beeinflussen, sorgen die mit ihnen verbundenen radialen Bohrungen für ein verbessertes Gleiten des frei drehbar in der Ringnut geführten Käfigs. Der durch die Schmiermitteldurchtrittsbohrungen eingetretene Material verlust macht darüberhinaus den Käfig leichter.

Auch kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 3 jeweils bezogen auf den Lagermittelpunkt der Teilkreisradius des Zylinderrollenkranzes kleiner oder größer als der Radius sein, der von den radialen Enden der Stege des Käfigs gebildet wird.

Ist der Teilkreisradius bei einem im äußeren Laufring geführten Käfig größer als der Radius, der vom Lagermittelpunkt und den Enden der Stege begrenzt ist, so umfassen die Stege des Käfigs die Wälzkörper in radialer Richtung bis über die Teilkreislinie hinaus, d. h. die Wälzkörper werden durch den Käfig montage freundlich zusammengehalten. Bei dieser Ausgestaltung des Käfigs wird gegen über vollrolligen Lagern nahezu die gleiche Anzahl von Wälzkörpern unterge bracht.

Ist hingegen der Teilkreisradius bei einem im äußeren Laufring geführten Käfig kleiner als der Radius, der vom Lagermittelpunkt und den Enden der Stege begrenzt ist, so werden die Wälzkörper in radialer Richtung durch die Stege bis zu einer Linie umfaßt, die oberhalb bzw. unterhalb der Teilkreislinie liegt. In diesem Fall ist zwar eine Halterung der Wälzkörper durch den Käfig nicht mehr gegeben, jedoch sind die Wälzkörper dennoch durch den Käfig voneinander ge trennt. Diese Ausgestaltung des Käfigs ermöglicht die Unterbringung einer gleichen Anzahl von Wälzkörpern wie in einem vollrolligen Lager.

Wird der Käfig jedoch durch den inneren Laufring eines Lagers geführt, so umfassen die Stege des Käfigs die Wälzkörper in radialer Richtung bis über die Teilkreislinie hinaus, wenn der Teilkreisradius kleiner als der Radius ist, der vom Lagermittelpunkt und den Enden der Stege begrenzt ist. Ist der Teilkreisra dius größer als der Radius, der vom Lagermittelpunkt und den Enden der Stege begrenzt ist, so werden die Wälzkörper bis zu einer Linie umfaßt, die oberhalb bzw. unterhalb der Teilkreislinie liegt.

In Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 4 soll der Krümmungsradius der Taschen, ausgehend vom Teilkreis zunächst geringfügig größer als der Radius der Zylinderrollen sein und anschließend in Richtung eines Scheitelpunktes der Tasche stetig zunehmen.

Bedingt durch die Taschenfreistellung wird ein definierter Kraftangriff senkrecht auf die Verbindungslinie Lagermittelpunkt-Wälzkörpermittelpunkt möglich, so daß keine resultierenden Radialkräfte auftreten und nur minimale Reibkräfte zwischen Käfig und Zylinderrolle vorhanden sind.

Die Erfindung wird an nachstehenden Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den Querschnitt durch ein einreihiges Zylinderrol lenlager mit Halterung der Wälzkörper durch den Käfig;

Fig. 2 den Längsschnitt durch ein einreihiges Zylinder rollenlager entlang der Linie II-II gemäß Fig. 1;

Fig. 3 den Querschnitt durch ein einreihiges Zylinderrol lenlager ohne Halterung der Wälzkörper durch den Käfig;

Fig. 4 den Längsschnitt durch ein einreihiges Zylinder rollenlager entlang der Linie IV-IV gemäß Fig. 3.

Fig. 5 eine Seitenansicht eines Käfigs mit Zylinderrol len;

Fig. 6 und 7 einen Schnitt entlang der Linie VI-VI in Fig. 5;

Fig. 8 einen Längsschnitt durch ein einreihiges Zylinder rollenlager mit freigestellter Tasche.

Nach Fig. 1 weist das Zylinderrollenlager einen doppelbordigen äuße ren Laufring 1 und einen mit einem Bord versehenen inneren Laufring 4 mit einer Laufbahn 11 auf. Der äußere Laufring 1 ist ausgehend von einer Laufbahn 7 mit einer Ringnut 5 versehen, in die ein Käfig 2 mit seiner äußeren Umfangsfläche eingreift und in derselben frei drehbar geführt ist. Der Käfig 2 weist dabei über seinen gesamten Querschnitt eine gleichbleibende Stärke auf. Der äußere Laufring 1 kann aber auch in nicht dargestellter Weise in der Ringnut gesprengt sein. Der Käfig 2 wird axial und radial im äußeren Laufring I durch die Ringnut 5 gehalten. Der Käfig 2 ist in einer Ebene angeordnet, die deckungs gleich mit der radialen Mittelebene der Zylinderrollen 3 ist. Die Führung der Zylinderrollen 3 erfolgt sowohl über die Lagerborde als auch über den mittig angeordneten Käfig 2.

Gestrichelt dargestellt ist ein Steg 9 des Käfigs 2, der die Zylinderrolle 3 über ihren Mittelpunkt hinaus umfaßt. Die ebenfalls gestri chelt dargestellte Schraubverbindung 6 ist zum Befestigen eines nicht dargestellten Segmentes 10 vorgesehen, das die beiden Enden des Käfigs 2 miteinander verbindet.

In nicht dargestellter Ausführung der Erfindung kann der Käfig 2 auch in einer Ringnut 5 des inneren Laufringes 4 geführt sein. In diesem Fall ist der Käfig 2 mit seinem inneren Durchmesser in der Ringnut 5 verankert.

Nach Fig. 2 ist der Teilkreisradius R1 des Zylinderrollenkranzes 3 größer als der Radius R2, der ausgehend vom Lagermittelpunkt von den radialen Enden der Stege 9 des Käfigs 2 begrenzt ist. Dadurch bedingt umfassen die Stege 9 die Zylinderrollen 3 in radialer Richtung bis über die Teilkreislinie hinaus, so daß diese auch bei abgezogenem Innenring 4 nicht herausfallen können, d. h. die Zylinderrollen 3 werden durch den Käfig 2 gehalten. Durch die sehr schmal ausgeführten Stege 9 des Käfigs 2 wird ein Raum zur Unterbringung von Zylinderrol len 3 bereitgestellt, der nahezu dem eines vollrolligen Lagers ent spricht. Gegenüber vollrolligen Lagern ist die Anzahl der Wälzkörper nur um einen verringert.

Aus genannter Figur ist auch die Krümmung der inneren Flächen der Taschen 8 zu ersehen. Diese Flächen sind so ausgeführt, daß ein genau definierter Kraftangriffspunkt zwischen Käfig 2 und Zylinderrolle 3 vorhanden ist. In der dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird der Käfig 2 durch ein, eine Tasche 8 enthaltendes Segment 10 geschlos sen. Dieses Segment 10 wird ebenfalls in die Ringnut 5 eingesetzt und mit dem Käfig 2 durch eine Schraubverbindung 6 lösbar verbunden. Zum genauen Positionieren von Käfig 2 und Verbindungssegment 10 zueinander können diese neben den Schraubverbindungen 6 in gleicher Richtung zeigende Bohrungen aufweisen, in die ein Positionierelement 14 bei spielsweise in Form eines Stiftes eingeführt ist.

Im Gegensatz zur dargestellten Variante kann der Käfig 2 in anderer Ausgestaltung der Erfindung in radialer Richtung einen nicht darge stellten Schlitz aufweisen, so daß sich der Käfig 2 durch federndes Zusammenpressen in die Ringnut 5 einsetzen läßt. Das Segment 10 zum Verbinden der Enden des Käfigs 2 ist in diesem Falle nicht erforder lich. Zweckmäßigerweise sollte für eine verbesserte Laufruhe des Lagers in diesem Fall ebenso wie beim Vorhandensein eines Verbindungs segmentes 10 der Käfig 2 ausgewuchtet werden.

Der Querschnitt des in Fig. 3 dargestellten einreihigen Zylinderrol lenlagers entspricht bis auf die verkürzten Stege 9 dem in Fig. 1 gezeichneten Lager, weshalb auch die gleichen Bezugszeichen verwendet wurden. Der gestrichelt gezeichnete Steg 9 des Käfigs 2 umfaßt die Zylinderrolle 3 ausgehend von der Laufbahn 7 bis oberhalb ihrer Mit tellinie, d. h. bei dieser verkürzten Ausbildung des Steges 9 werden die Zylinderrollen 3 durch den Käfig 2 nicht gehalten. Der gestrichelt gezeichnete Steg 9 weist in diesem Beispiel eine konstante Breite auf, kann aber auch aus Gewichtsersparnisgründen in Richtung Lagermittel punkt seine Breite verringern.

Der in Fig. 4 gezeigte Längsschnitt des Lagers entlang der Linie IV-IV von Fig. 3 entspricht bis auf dem fehlenden Segment 10, den ver kürzten Stegen 9 und den Schmiermitteldurchtrittsbohrungen 12, 13 der in Fig. 2 gezeigten Darstellung, so daß wiederum gleiche Bezugszei chen verwendet wurden. Im Stegbereich 9 des Käfigs 2 sind axiale Schmiermitteldurchtrittsbohrungen 12 angeordnet, die mit radialen Schmiermitteldurchtrittsbohrungen 13 in Verbindung stehen. Da der Käfig 2 in diesem Beispiel in der Ringnut 5 des äußeren Laufringes 1 geführt wird, enden die Schmiermitteldurchtrittsbohrungen 13 am äuße ren Durchmesser des Käfigs 2.

Nach der Darstellung ist der Teilkreisradius R1 des Zylinderrollen kranzes 3 kleiner als der Radius R2, der ausgehend vom Lagermittel punkt von den radialen Enden der Stege 9 des Käfigs 2 begrenzt ist. Das Verhältnis beider Radien zueinander ist im vorliegenden Beispiel so gewählt, daß der Radius R2 etwa der Summe aus dem Teilkreisradius R1 und dem halben Radius der Zylinderrollen 3 entspricht. Die in Taschen 8 umlaufenden Zylinderrollen 3 werden von diesen nur bis zu einer Linie umfaßt, die oberhalb bzw. unterhalb der Teilkreislinie liegt.

Durch diese Ausführungsvariante des Käfigs 2 mit verkürzten Stegen 9 stellt sich zwischen den Zylinderrollen 3 ein minimales Teilkreisspiel TS ein, so daß die einzelnen Zylinderrollen 3 zwar nicht mehr durch den Käfig 2 gehalten, aber dennoch voneinander getrennt werden.

Durch diese besondere Gestaltung des Käfigs 2 kann in einem derartigen Lager die gleiche Anzahl an Zylinderrollen 3 wie in einem vollrolligen Lager mit den daraus sich ergebenden Vorteilen untergebracht werden. Gegenüber der in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Ausführungsform erlaubt ein so hergestellter Käfig 2 durch seine verkürzten Stege 9 eine Einsparung an Material und Fertigungsaufwand.

In Fig. 5 ist ein einstückiger Käfig 15 mit Taschen 8 und Zylinder rollen 3 dargestellt, der in einer Ringnut eines inneren Laufringes geführt ist, das heißt in diesem Fall weist der Käfig 15 an seinem äußeren Durchmesser mehrere, über den gesamten Umfang verteilte, Zylinderrollen 3 aufnehmende Taschen 8 auf.

Aus den Fig. 6 und 7 ist entnehmbar, daß der Käfig 15 an seinem inneren Durchmesser schmäler bzw. breiter ist und sich in Richtung zu seinem äußeren Durchmesser verbreitert bzw. verjüngt. Die Änderung der Querschnittsform des Käfigs 15 kann in Abhängigkeit vom jeweiligen Lager beliebig gestaltet werden. So ist es beispielsweise nach Fig. 6 denkbar, daß sich der Käfig 15 mit seinem äußeren, die Zylinderrol len 3 umfassenden Umfang bis an deren Stirnseiten erstreckt.

Der in Fig. 8 gezeigte, im Außenring 1 geführte Käfig 2 weist freige stellte Taschen 8 für die Zylinderrollen 3 auf. Diese sind so gestal tet, daß ihr Krümmungsradius oberhalb und unterhalb des Teilkreises nur geringfügig größer als der Radius der Zylinderrollen 3 ist. An schließend nimmt der der Krümmungsradius der Taschen 8 stetig bis zu deren Scheitelpunkt 16 zu, so daß in radialer Richtung zwischen Tasche 8 und Mantelfläche der Zylinderrolle 3 ein keilförmiger Spalt 19 ent steht. Dieser Spalt 19 sorgt nun seinerseits für einen genau defi nierten Kraftangriff 17 bzw. für eine Kraftangriffszone 18 mit den bereits beschriebenen Vorteilen.

Bezugszeichenliste

1 äußerer Laufring
2 Käfig
3 Zylinderrollen
4 innerer Laufring
5 Ringnut
6 Schraubverbindung
7 Laufbahn
8 Taschen
9 Steg
10 Segment
11 Laufbahn
12 axiale Schmiermitteldurchtrittsbohrungen
13 radiale Schmiermitteldurchtrittsbohrungen
14 Positionierelement
15 Käfig
16 Scheitelpunkt
17 Kraftangriff
18 Kraftangriffszone
19 Spalt
R1 Teilkreisradius
R2 Radius vom Lagermittelpunkt zu Steg 9

Claims

1. Zylinderrollenlager, bestehend aus einem äußeren Laufring (1), einem inne ren Laufring (4) mit zwischen diesen in einem Käfig (2) geführten Zylinderrollen (3), wobei der Käfig (2, 15) in einer mittig angeordneten Ringnut (5) des äuße ren oder inneren Laufringes (1, 4) frei drehbar geführt ist, an seinem inneren oder äußeren Durchmesser mehrere, über den gesamten Umfang verteilte Zylinderrollen (3) aufnehmende Taschen (8) aufweist und an seiner der Ringnut (5) zugewandten Umfangsfläche gleitend geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig (2, 15) von einem, jeweils eine oder mehrere Taschen (8) enthal tenden Segment (10) zu einer stabilen Baueinheit in sich geschlossen wird.

2. Zylinderrollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig (2, 15) im Stegbereich (9) axiale Schmiermitteldurchtrittsbohrungen (12) auf weist, die mit radialen Schmiermitteldurchtrittsbohrungen (13) verbunden sind, welche am äußeren oder inneren Durchmesser des Käfigs (2, 15) enden.

3. Zylinderrollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils bezogen auf einen Lagermittelpunkt der Teilkreisradius (R1) des Zylinderrollen kranzes (3) kleiner oder größer als der Radius (R2) ist, der von den radialen Enden der Stege (9) des Käfigs (2, 15) gebildet wird.

4. Zylinderrollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius der Taschen (8), ausgehend vom Teilkreis (R1), zunächst geringfügig größer als der Radius der Zylinderrollen (3) ist und anschließend in Richtung eines Scheitelpunktes (16) der Tasche (8) stetig zunimmt.