DE4303885A1 - Axiallager - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Axiallager mit zumindest einem zwischen parallelen, rotationssymmetrisch ausgebildeten Flächen auf Laufbahnen abrollenden Wälzkörper.

Derartige Lager sind seit langem bekannt und werden zur Abstützung von Axialkräften eingesetzt, wobei sie oftmals mit zusätzlichen Radial­ lagern kombiniert sind.

Ein kombiniertes Radial-Axiallager ist in der österreichischen Patent­ schrift 310 510 beschrieben. Im axialen Teil dieses Lagers rollen auf zugehörigen Laufbahnen zwischen der Stirnseite einer Welle und dem Boden einer aus dünnem Blech bestehenden Lagerhülse in Käfigen geführ­ te Lagernadeln ab. Dabei sind zwischen Stirnfläche der Welle und Boden der Lagerhülse eine Vielzahl von Lagernadeln so untergebracht, daß sich mehrfach paarweise zwei Lagernadeln gegenüberstehen, die auf je einer gemeinsamen Rotationsachse um einen Lagermittelpunkt auf einer Kreisbahn abwälzen.

Bei radial engem Bauraum ist eine Miniaturisierung der Bestandteile des Axiallagers wie beispielsweise Lagernadeln und Scheibenkäfige erforderlich. Das hat eine Verteuerung des Wälzlagers zur Folge, da einerseits kurze Lagernadeln in der Fertigung aufwendiger als längere Lagernadeln sind und andererseits Scheibenkäfige mit einer Vielzahl von gegenüberliegenden Käfigtaschen komplizierte Werkzeuge erfordern.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Axiallager bereitzustellen, das sich auch bei radial kleinem Bauraum preisgünstig fertigen läßt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen den Flächen ein Wälzkörper oder zwei auf einer gemeinsamen Rotationsachse liegende Wälzkörper angeordnet sind, der bzw. die einen Lagermittel­ punkt umkreisen.

Durch diese Ausgestaltung des Wälzlagers wird erreicht, daß bei radial kleinem Bauraum gegenüber dem bisherigen Stand der Technik relativ große Abmessungen von Wälzkörpern und ihren zugehörigen Käfigen einge­ setzt werden können, so daß aufgrund der billigeren Fertigung von größeren Wälzkörpern, der verringerten Anzahl von Wälzkörpern zwischen den Laufbahnen und der unkomplizierten Käfigwerkzeuge für Käfige mit nur einer oder zwei Käfigtaschen eine kostengünstige und einfache Montage eines derartigen Lagers möglich ist. Unter Umständen weisen derartige Lager auch eine höhere Tragzahl auf.

Weitere, erfindungsgemäße Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unter­ ansprüche und werden im folgenden näher beschrieben.

Aus Anspruch 2 geht hervor, daß die Wälzkörper als Nadeln oder Kugeln ausgebildet sein sollen. Beide alternative Möglichkeiten stehen gleichberechtig nebeneinander, wobei die Kugel der denkbar preisgün­ stigste Wälzkörper ist.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gemäß Anspruch 3 ist vorgesehen, daß die Wälzkörper in Käfigen geführt sein sollen. Durch die radial angeordneten Taschen eines Käfigs werden in bekannter Weise die Wälzkörper auf ihren Laufbahnen gehalten und die Berührung unter­ einander vermieden.

In Weiterbildung der Erfindung nach den Ansprüchen 4 und 5 sollen die Lagernadeln eine Länge aufweisen, die kleiner oder größer als der Radius einer Lagerscheibe ist bzw. dem Durchmesser der Lagerscheibe oder dem Durchmesser der Aufnahmebohrung einer Lagerhülse entspricht.

Werden zwei Lagernadeln paarweise gegenüberliegend in einer oder zwei Taschen eines Käfigs geführt, weisen sie eine Länge auf, die kleiner als der Radius der Lagerscheibe bzw. des halben Lagerdurchmessers ist.

Hat eine Lagernadel eine Länge, die sich zwischen Radius und Durch­ messer der Lagerscheibe bewegt, so kann sie entsprechend der Erfindung nur einzeln in einem Käfig geführt zwischen Lagerflächen auf zugehöri­ gen Laufbahnen abwälzen.

Weist die Lagernadel eine Länge auf, die dem Durchmesser der Lager­ scheibe bzw. dem Durchmesser der Aufnahmebohrung der Lagerhülse ent­ spricht, wälzt sie ebenfalls einzeln zwischen den Lagerflächen ab, braucht aber in keinem Käfig geführt zu werden. Die Führung der Lager­ nadel erfolgt in diesem Fall über deren beide Stirnseiten in der Auf­ nahmebohrung.

Erfindungsgemäß sollen im letztgenannten Fall nach Anspruch 6 die Stirnseiten der Lagernadel kalottenförmig ausgebildet sein, wobei deren Krümmungsradius geringfügig kleiner als der Radius der Aufnahme­ bohrung ist. Durch diese Abstimmung der Stirnflächen der Lagernadel mit der Aufnahmebohrung der Hülse entsteht zwischen Stirnfläche und Aufnahmebohrung ein keilförmiger Spalt, der mit Schmiermittel gefüllt die Reibung zwischen Lagernadel und Wandung der Aufnahmebohrung ver­ ringert.

Anstelle der kalottenförmigen Ausbildung können die Lagernadeln alter­ nativ nach Anspruch 7 an ihren Stirnseiten mit einer Fase versehen sein.

Nach einem zusätzlichen weiteren Merkmal der Erfindung nach Anspruch 8 ist vorgesehen, daß die Lagernadel in ihrem Durchmesser eine Ab­ stufung aufweist.

Diese ist immer dann erforderlich, wenn die Lagernadel eine Länge hat, die dem Durchmesser der Lagerscheibe bzw. dem Durchmesser der Auf­ nahmebohrung der Lagerhülse entspricht. Da in diesem Fall die Lagerna­ del auf einer kreisförmigen Laufbahn abwälzt, die der Fläche der Lagerscheibe entspricht, würde bei einer nicht abgestuften Lagernadel deren untere Hälfte in Drehrichtung und deren obere Hälfte entgegen­ gesetzt der Drehrichtung rotieren, d. h. beide gleich großen Drehmo­ mente sind einander entgegengerichtet und verhindern eine Rotation der Lagernadel.

Durch die Abstufung im Durchmesser der Lagernadel verliert ein Teil von deren Mantelfläche der Kontakt mit den zugehörigen Laufbahnen, so daß entsprechend dem höheren Traganteil der längeren Mantelfläche Rollreibung überwiegt, d. h. die Lagernadel wälzt sich ab.

Aus Anspruch 9 geht hervor, daß der abgestufte Teil der Lagernadel in seiner räumlichen Ausdehnung kleiner als deren tragender Teil sein soll. Dies kann im Interesse einer höheren Tragzahl erforderlich sein, obwohl in diesem Fall der über den Lagermittelpunkt hinausgehende tragende Teil der Mantelfläche entgegen der Drehrichtung rotiert. Es findet in diesem Fall eine Roll-Gleit-Reibung statt, bei der aber der Betrag der Rollreibung aufgrund der größeren tragenden Mantelfläche der Lagernadel überwiegt.

Ist, wie im Anspruch 10 beschrieben, der abgestufte Teil der Lagerna­ del in seiner räumlichen Ausdehnung größer als deren tragender Teil, verringert sich zwar aufgrund der ebenfalls verringerten Berührungs­ fläche zwischen Laufbahnen und Lagernadel die Tragfähigkeit des La­ gers, jedoch tritt das Problem des entgegengesetzten Drehsinns des anderen Nadelendes nicht auf.

Auch ist es nach Anspruch 11 möglich, daß die Lagerscheibe und/oder ihre Gegenfläche in ihrem Zentrum eine Freistellung aufweisen. Eine derartige Gestaltung wird vorteilhafterweise immer dann angewendet, wenn eine relativ hohe Tragzahl bei relativ geringer Reibung ange­ strebt wird. Die Freistellungen im Zentrum verhindern den tragenden Kontakt zwischen Wälzkörper und zugehörigen Laufbahnen.

Auch sollen nach Anspruch 12 die Wälzkörper an ihren Umfangsflächen durch beidseitig angeordnete Segmente geführt werden.

Diese in der Aufnahmebohrung einer Lagerhülse an ihren geraden Flächen gegenüberliegenden Segmente bilden eine rechteckige Aussparung, in der ein oder zwei Wälzkörper geführt werden. Derartige Segmente benötigen wesentlich weniger Fläche als ein herkömmlicher Scheibenkäfig, so daß bei gleichem radialen Bauraum größere Wälzkörper eingesetzt werden können, die zu einer Steigerung der Tragzahl führen.

Schließlich sollen nach dem unabhängigen Anspruch 13 zwischen den Flächen zwei gegenüber einer Mittelsenkrechten versetzt angeordnete Wälzkörper vorhanden sein, die auf je einer Rotationsachse einen Lagermittelpunkt umkreisen. Auch bei dieser Ausführungsvariante erge­ ben sich die gleichen Vorteile wie bei zwei untereinander angeordneten Wälzkörpern mit einer gemeinsamen Rotationsachse.

Die Erfindung wird an nachstehenden Ausführungsbeispielen näher erläu­ tert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Axial-Nadelkranz entspre­ chend dem bisherigen Stand der Technik;

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Axialkäfig mit zwei paarwei­ se gegenüberliegend angeordneten Lagernadeln;

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Axialkäfig mit einer Lager­ nadel, die eine Länge aufweist, die kleiner als der Radius der Lagerscheibe ist;

Fig. 4 eine Draufsicht auf einen Axialkäfig mit einer Lager­ nadel, die eine Länge aufweist, die größer als der Radius der Lagerscheibe ist;

Fig. 5 eine Draufsicht auf einen Axialkäfig mit einer Tasche und zwei darin angeordneten Lagernadeln;

Fig. 6 einen Ausschnitt aus einem Längsschnitt eines kombi­ nierten Radial-Axiallagers mit abgestufter Lagernadel;

Fig. 7 einen Querschnitt entlang der Linie VII-VII in Fig. 6;

Fig. 8 einen Längsschnitt durch ein Axiallager mit abgestuf­ ter Lagernadel, deren abgestufter Teil in seiner räum­ lichen Ausdehnung größer als der tragende Teil ist;

Fig. 9 einen Querschnitt entlang der Linie IX-IX in Fig. 8;

Fig. 10 einen Längsschnitt durch ein Axiallager, dessen einer Wälzkörper als Kugel ausgebildet ist;

Fig. 11 einen Längsschnitt durch ein Axiallager mit zwei in einem Käfig geführten Lagerkugeln;

Fig. 12 einen Längsschnitt durch ein Axiallager, dessen eine Lagerkugel auf in den Lagerscheiben eingeprägten Lauf­ bahnen abrollt;

Fig. 13 einen Querschnitt entlang der Linie XIII-XIII in Fig. 12;

Fig. 14 eine Draufsicht auf eine Lagerscheibe mit zwei paar­ weise angeordneten Lagernadeln, die durch Segmente ge­ führt werden;

Fig. 15 eine Draufsicht auf einen Axialkäfig mit zwei gegen­ über einer Mittelsenkrechten versetzt angeordneten Lagernadeln.

Die Fig. 1 zeigt einen Axial-Nadelkranz 1 entsprechend dem bisherigen Stand der Technik, bei dem die Lagernadeln 2 in radial angeordneten Taschen 3 eines Scheibenkäfigs 4 geführt sind und gehalten werden. Die Lagernadeln 2 sind dabei paarweise einander gegenüberliegend angeord­ net, so daß sie auf jeweils mehreren gemeinsamen Rotationsachsen 5, 6, 7 und 8 einen Lagermittelpunkt 9 auf einer Kreisbahn umkreisen.

In den Fig. 2 bis 5 sind Axial-Nadelkränze 1 mit unterschiedlicher Anordnung von Lagernadeln in einem Scheibenkäfig 4 dargestellt.

Nach Fig. 2 weist der Scheibenkäfig 4 zwei gegenüberliegende Taschen 27 auf, in denen Nadeln 28 abrollen, die eine Länge aufweisen, die kleiner als der Radius des Scheibenkäfigs 4 oder einer hier nicht dargestellten Lagerscheibe ist. Die beiden auf der gemeinsamen Rota­ tionsachse 5 liegenden Nadeln 28 umkreisen den Lagermittelpunkt 9. Zur Verringerung der Reibung eines derartigen Axiallagers kann eine der beiden Taschen freigelassen und mit Fett gefüllt werden.

Der Scheibenkäfig nach Fig. 3 zeichnet sich dadurch aus, daß er lediglich eine Tasche 27 enthält, in der eine Lagernadel 29 einge­ setzt ist, die eine Länge aufweist, die ebenfalls kleiner als der Radius des Scheibenkäfigs 4 ist.

Der in Fig. 4 dargestellte Scheibenkäfig 4 weist wiederum nur eine Tasche 11 auf, die sich im Gegensatz zu Fig. 3 jedoch über den Lager­ mittelpunkt 9 hinaus erstreckt, d. h. innerhalb des Scheibenkäfigs 4 unsymmetrisch angeordnet ist. In dieser Tasche 11 ist eine Lagernadel 10 geführt, deren Länge größer als der Radius des Scheibenkäfigs 4 aber kleiner als sein Durchmeser ist. Eine derartige Anordnung hat den Vorteil, daß auch bei sehr kleinem radialen Bauraum, d. h. Axiallager- Außendurchmesser die Verwendung von preisgünstigen Standardwälzkörpern möglich ist.

Ebenso wie die Fig. 2 sind im Scheibenkäfig 4 nach Fig. 5 zwei Nadelrollen 28 angeordnet, die jedoch gemeinsam in einer Tasche 12 geführt werden. Dies hat den Vorteil, daß gegenüber dem Käfig 4 in Fig. 2 ein einfacheres Käfigwerkzeug verwendet werden kann. Die Nadelrollen 28 sind an ihren Stirnflächen mit einer zusätzlichen Fase 31 versehen.

Das in den Fig. 6 und 7 dargestellte kombinierte Radial-Axiallager 13 besteht aus einer dünnwandigen Lagerhülse 14, in der eine Welle 15 geführt ist. Radial wird diese Welle 15 durch in einem Käfig 17 ge­ führte Nadeln 16 gelagert, die einerseits auf einer Mantelfläche der Welle 15 und andererseits auf einer Innenseite der Wandung der La­ gerhülse 14 abrollen.

Der axiale Teil des kombinierten Lagers 13 setzt sich aus einer ein­ zigen Lagernadel 18, einem Boden der Lagerhülse 14 und einer Stirn­ fläche der Welle 15 zusammen. Die Lagernadel 18 ist in ihrer Länge so bemessen, daß sie an ihren Stirnseiten durch die Innenwandung der Lagerhülse 14 geführt ist. Dies hat den Vorteil, daß zu deren Führung kein zusätzlicher Käfig erforderlich ist.

Wie Fig. 6 und 7 weiter entnommen werden kann, weist die Lagernadel 18 in ihrem Durchmesser eine Abstufung auf, die in ihrer räumlichen Ausdehnung kleiner als der unabgestufte Teil ist. Zur Verringerung der Gleitreibung sind in diesem Fall der Boden der Lagerhülse 14 und die Stirnfläche der Welle 15 in ihren Zentren mit je einer Freistellung 19 versehen.

Das in den Fig. 8 und 9 gezeigte Axiallager besteht aus einer Lagerscheibe 21 und der Stirnseite der Welle 15, zwischen denen auf zugehörigen Laufbahnen eine Lagernadel 20 abwälzt. Diese weist wieder­ um in ihrem Durchmesser eine Abstufung auf, wobei der abgestufte Teil der Lagernadel 20 in seiner räumlichen Ausdehnung größer als der tragende Teil ist.

Wie aus den genannten Figuren weiter ersichtlich, wird auch hier die Lagernadel 20 durch die Innenflächen einer Lagerhülse 22 geführt. Die Stirnseiten der Lagernadel 20 sind kalottenförmig ausgebildet, wobei deren Krümmungsradius geringfügig kleiner als der Radius der Lagerhül­ se 22 sein soll. Dadurch wird ein punktförmiger Anlauf der Nadel 20 erreicht und es entsteht sowohl in axialer als auch in radialer Rich­ tung ein keilförmiger Spalt 23, der die Schmierung der Lagernadel 20 begünstigt und somit die Lagerreibung verringert.

Die in den Fig. 10 bis 13 dargestellten Axiallager zeichnen sich dadurch aus, daß zwischen der Lagerscheibe 21 und einer entsprechenden Gegenfläche eine Lagerkugel 24 oder zwei Lagerkugeln 30 abrollen.

Während in den Fig. 10 und 11 eine bzw. zwei in einem Käfig 25 geführte Lagerkugel 24, 30 den Lagermittelpunkt 9 auf ebenen Laufbah­ nen umkreisen, ist in den Fig. 12 und 13 eine Lageranordnung darge­ stellt, in der die Lagerkugeln 24 auf einer konkaven Laufbahn den Lagermittelpunkt 9 umkreist. Die Ausführungsvariante mit einer Lager­ kugel nach Fig. 12 mit eingebrachten Kugellaufbahnen in jeder Lager­ scheibe 21 ermöglicht kleinste Kugelteilkreislaufbahndurchmesser nahe der Rotationsachse 5 und dem entsprechend extrem kleinen radialen Bauraum.

In Fig. 14 ist eine Axiallageranordnung dargestellt, in der die Lagernadeln 28 an beiden Seiten ihres Umfangs durch Käfigsegmente 26 geführt sind. Zwei dieser Käfigsegmente 26 befinden sich in einer Bohrung einer nicht dargestellten Lagerhülse, liegen an der Innenwand dieser Hülse mit ihren kreisförmigen Seiten an und bilden durch ihre gegenüberliegenden geraden Seiten eine rechteckige Ausnehmung, in der die Nadeln 28 geführt sind. Auch in diesem Beispiel sind die Lagernadeln 28 mit einer Fase 31 versehen.

Der in Fig. 15 dargestellte Scheibenkäfig 4 weist zwei nicht sym­ metrisch gegenüberliegende Taschen 32 auf, die gegenüber einer Mittel­ senkrechten 33 versetzt angeordnet sind. Während die obere Tasche 32 von der Mittelsenkrechten 33 nach rechts abweichend angeordnet ist, ist die untere Tasche 32 nach links versetzt. Dadurch ergibt sich für die obere und untere Lagernadel 28 je eine Rotationsachse 34, 35, auf der sie den Lagermittelpunkt 9 umkreisen.

Bezugszeichenliste

 1 Axial-Nadelkranz
 2 Lagernadel
 3 Tasche
 4 Scheibenkäfig
 5, 6 Rotationsachse
 7, 8 Rotationsachse
 9 Lagermittelpunkt
10 Lagernadel
11 Tasche
12 Tasche
13 Radial-Axiallager
14 Lagerhülse
15 Welle
16 Nadelrolle
17 Käfig
18 Lagernadel
19 Freistellung
20 Lagernadel
21 Lagerscheibe
22 Lagerhülse
23 Spalt
24 Lagerkugel
25 Käfig
26 Käfigsegment
27 Tasche
28 Lagernadel
29 Lagernadel
30 Lagerkugel
31 Fase
32 Tasche
33 Mittelsenkrechte
34, 35 Rotationsachse

Claims (13)

1. Axiallager mit zumindest einem zwischen parallelen, rotationssym­ metrisch ausgebildeten Flächen auf Laufbahnen abrollenden Wälzkörper, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Flächen ein Wälzkörper (10, 18, 20, 24, 29) oder zwei auf einer gemeinsamen Rotationsachse (5) liegende Wälzkörper (28, 30) angeordnet sind, der bzw. die einen Lagermittelpunkt (9) umkreisen.

2. Axiallager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälz­ körper als Lagerkugeln (24, 30) oder Lagernadeln (10, 18, 20, 28, 29) ausgebildet sind.

3. Axiallager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälz­ körper (10, 28, 29, 30) in Käfigen (4, 25) geführt sind.

4. Axiallager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager­ nadeln (10, 18, 20, 28, 29) eine Länge aufweisen, die kleiner oder größer als der Radius einer Lagerscheibe (21) ist.

5. Axiallager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Lagernadel (18, 20) dem Durchmesser der Lagerscheibe (21) bzw. dem Durchmesser einer Aufnahmebohrung einer Lagerhülse (14, 22) ent­ spricht.

6. Axiallager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Stirnseiten der Lagernadel (18, 20) kalottenförmig ausgebildet sind, wobei deren Krümmungsradius geringfügig kleiner als der Radius der Aufnahmebohrung der Lagerhülse (14, 22) ist.

7. Axiallager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Stirnseiten der Lagernadel (18, 20) mit einer Fase (31) versehen sind.

8. Axiallager nach Anspruch 1, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagernadel (18, 20) in ihrem Durchmesser eine Abstufung aufweist.

9. Axiallager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der abge­ stufte Teil der Lagernadeln (18) in seiner räumlichen Ausnehmung kleiner als der tragende Teil der Nadel (18) ist.

10. Axiallager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der abge­ stufte Teil der Lagernadel (20) in seiner räumlichen Ausdehnung größer als der tragende Teil der Nadel (20) ist.

11. Axiallager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden der Lagerhülse (14) und/oder die Gegenfläche in ihrem Zentrum eine Freistellung (19) aufweisen.

12. Axiallager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager­ nadeln (28) an ihren Umfangsflächen durch beidseitig angeordnete Käfigsegmente (26) geführt sind.

13. Axiallager mit zumindest einem zwischen parallelen, rotationssym­ metrisch ausgebildeten Flächen auf Laufbahnen abrollenden Wälzkörper, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Flächen zwei gegenüber einer Mittelsenkrechten (33) versetzt angeordnete Wälzkörper (28, 30) vor­ handen sind, die auf je einer Rotationsachse (34, 35) einen Lager­ mittelpunkt (9) umkreisen.