WO2023036353A1 - Axialwälzlagereinheit mit zwischen kreisringförmigen axiallagerscheiben angeordneten wälzkörpern als in sich selbst haltende baueinheit - Google Patents

Axialwälzlagereinheit mit zwischen kreisringförmigen axiallagerscheiben angeordneten wälzkörpern als in sich selbst haltende baueinheit Download PDF

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Wolfgang Fugel
Andreas Kirschner
Frank Schoenstein
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • F16C33/4605—Details of interaction of cage and race, e.g. retention or centring
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    • F16C33/543—Cages for rollers or needles made from wire, strips, or sheet metal made from sheet metal from a single part
    • F16C33/546—Cages for rollers or needles made from wire, strips, or sheet metal made from sheet metal from a single part with a M- or W-shaped cross section

Definitions

  • the present invention relates to a rolling bearing unit with rolling elements arranged between two annular axial bearing disks, which are guided by means of a bearing cage formed from a sheet metal material according to claim 1 .
  • DE 103 13 183 A1 discloses an axial roller bearing unit of the type of interest here.
  • a collar is arranged on an outer peripheral edge of a thrust bearing disk, which is extended by a flange.
  • a radially inwardly directed nose-like projection is formed, which engages radially from behind the cage on the outside circumference.
  • the other axial bearing disk is designed as an angle disk and engages behind the bearing cage on the inside with an axial leg. This angular geometry of the thrust bearing washers creates a self-contained thrust roller bearing unit.
  • the invention includes the technical teaching that in an axial roller bearing unit with roller bearings arranged between two annular axial bearing disks, which are guided by means of a bearing cage formed from a sheet metal material, which has an inner and outer radial edge rim extending in the axial direction for radial guidance of the roller bodies, at least one of the edge rims is designed as a double rim with a bend at the end in the opposite direction, with its distal end section being designed for positively locking the first axial bearing disk and an edge rim of the bearing cage opposite the double rim being designed for positively locking the second axial bearing disk, in order overall to form a self-retaining structural unit to accomplish.
  • the edge rim designed as a double rim is arranged radially inside and the other edge rim is arranged radially outside the bearing cage. This allows precise movement play in the radial direction of up to 0.1 mm compared to a shaft or the like carrying the axial roller bearing unit, since a double rim can be formed more precisely and with more dimensional stability than a simple bend in a leading axial bearing component.
  • the other edge rim of the bearing cage is also provided with a distal end section for positively locking the second axial bearing disk.
  • both distal end sections of the rims preferably have a rim that at least partially surrounds the assigned axial bearing disk.
  • the two axial bearing washers are advantageously designed as identical parts and can therefore be used universally. In addition to reducing the manufacturing complexity, the number of individual parts required is reduced in particular.
  • the axial roller bearing unit according to the invention consists of only three different types of individual components.
  • a manufacturing advantage in the axial roller bearing unit according to the invention results from the fact that not only the bearing cage is made from a formed sheet metal material, but preferably also the annular axial bearing disks, which can be formed as stamped and embossed parts.
  • the edge bevel or the edge shoulder of the axial bearing washers can be manufactured in a simple manner by embossing.
  • FIG. 1 shows a perspective sectional view of an axial roller bearing unit according to the invention in a first embodiment
  • FIG. 2 shows a perspective sectional view of an axial roller bearing unit according to the invention in a second embodiment.
  • an axial rolling bearing unit consists of two identical annular axial bearing disks 1 and 2, between which rolling elements 4 guided via a bearing cage 3 are arranged (as an example).
  • the bearing cage 3 is formed from a sheet metal material and has an inner radial edge 5 extending in the axial direction and an outer radial edge 6 also extending in the axial direction.
  • the rolling bodies 4 designed as rollers or needles are guided radially between the two edge rims 5 and 6 .
  • Both distal end sections 8 and 10 have an edge rim 9 or 11, respectively, which at least partially encompasses the associated axial bearing disks 1 or 2.
  • the two edges 9 and 11 are designed as caulking in this embodiment, of which - not shown here - more rere caulking are distributed along the respective circumference to enclose the associated axial bearing washers 1 and 2 in a form-fitting manner.
  • the form-fitting edging takes place in such a way that the at least partially bent rim 9 and 10 comes to rest on the axial bearing disks 1 and 2, depending on the inner and outer radially introduced edge bevels 12 and 13, respectively.
  • the edge bevels are formed here at an angle of 45° to the longitudinal axis of the bearing. A correspondingly relatively small, partially bent rim 9 or 11 is sufficient for this.
  • the axial bearing disks 1' and 2' have an inner and outer radial edge step 12' and 13', which in principle forms a 90° gradation of the edge area.
  • An assigned stretched distal end section 8' and 10' of the assigned edge rims 5' and 6' which is thinner than the edge rim thickness, comes into contact with it in such a way that the border does not protrude beyond the outer side surface of the axial bearing washer 1' and 2'.
  • the entire rim 9 and 10 should each be bent over by 90°.

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Abstract

Axialwälzlagereinheit mit zwischen zwei kreisringförmigen Axiallagerscheiben (1, 2) angeordneten Wälzkörpern (4), die mittels eines aus einem Blechmaterial umgeformten Lagerkäfig (3) geführt sind, der innen- und außenradial jeweils ein sich in Axialrichtung erstreckendes Randbord (5, 6) zur Radialführung der Wälzkörper (4) aufweist, wobei zumindest eines der Randborde (5) als Doppelbord ausgeführt mit einer endseitigen Umbiegung (7) in die Gegenrichtung versehen ist, wobei dessen distaler Endabschnitt (8) zum formschlüssigen Halten der ersten Axiallagerscheibe (1) und ein dem Doppelbord gegenüberliegendes Randbord (6) des Lagerkäfigs (3) zum formschlüssigen Halten der zweiten Axiallagerscheibe (2) ausgebildet ist, um insgesamt eine in sich selbst haltende Baueinheit zu schaffen.

Description

Axialwälzlaqereinheit mit zwischen kreisrinqförmiqen Axiallaqerscheiben anqeordneten Wälzkörpern als in sich selbst haltende Baueinheit
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wälzlagereinheit mit zwischen zwei kreisringförmigen Axiallagerscheiben angeordneten Wälzkörpern, die mittels eines aus einem Blechmaterial umgeformten Lagerkäfig geführt sind gemäß Anspruch 1 .
Das Einsatzgebiet der vorliegenden Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf kraftfahrzeugtechnische Anwendungen, bei denen beispielsweise eine mit schrägverzahnten Zahnrädern versehene Welle eine Axialkraftbeaufschlagung erfährt, welche gegenüber einem Getriebegehäuse oder dergleichen durch eine geeignete Axiallagerung aufzunehmen ist. Dabei widmet sich die erfindungsgemäße Lösung insbesondere einer weitestgehend umformtechnischen Herstellung der Lagerkomponenten, insbesondere des Lagerkäfigs sowie der Axiallagerscheiben.
Stand der Technik
Aus der DE 103 13 183 A1 geht eine Axialwälzlagereinheit der hier interessierenden Art hervor. Hierbei ist an einer äußeren peripheren Kante einer Axiallagerscheibe ein Kragen angeordnet, der durch einen Flansch verlängert ist. In einem durch Kragen und Flansch zusammengesetzten Bereich ist ein radial nach innen gerichteter nasenartiger Vorsprung gebildet, der den Käfig außenumfänglich radial hintergreift. Die andere Axiallagerscheibe ist als Winkelscheibe ausgebildet und hintergreift den Lagerkäfig innenumfänglich mit einem axialen Schenkel. Durch diese Winkelgeometrie der Axiallagerscheiben entsteht eine in sich selbst zusammenhaltende Axialwälzlagereinheit.
Bei der Montage des Lagerkäfigs in die als Winkelscheiben ausgebildeten Axiallagerscheiben kann es insbesondere bei einer automatisierten Fertigung zu einer ungünstigen Konzentrizität zwischen Lagerkäfig und Axiallagerscheibe kommen. Dies kann entweder zu einem Verbiegen des Lagerkäfigs oder einem Abscheren der Haltenasen an den Axiallagerscheiben kommen. Dies führt bei Nichtentdeckung zu einem gestörten Ablaufverhalten der Axiallagerung bis hin zu einem Versagen der gesamten Lagerstelle. Bei einer zu geringen Überdeckung zwischen der als Winkelscheibe ausgebildeten Axiallagerscheibe und dem Lagerkäfig kann es infolge von Vibrationsbeanspruchung sogar zur Demontage der Axialwälzlagereinheit kommen.
Derartige Axialwälzlagereinheiten weisen gewöhnlich ein anwendungsbedingt hohes Radialspiel zwischen Lagerkäfig und Axiallagerscheiben auf, was während des Betriebs zu einer recht hohen Geräuschentwicklung führen kann.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Axialwälzlagereinheit dahingehend weiter zu verbessern, dass diese aus wenigen Einzelteilen aufgebaut eine reduzierte Geräuschentwicklung hervorruft.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe wird durch eine Axialwälzlagereinheit gemäß Anspruch 1 gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass bei einer Axialwälzlagereinheit mit zwischen zwei kreisringförmigen Axiallagerscheiben angeordneten Wälzlagern, die mittels eines aus einem Blechmaterial umgeformten Lagerkäfig geführt sind, der innen- und außenradial jeweils ein sich in Axialrichtung erstreckendes Randbord zur Radialführung der Wälzkörper aufweist, zumindest eines der Randborde als Doppelbord ausgeführt mit einer endseitigen Umbiegung in Gegenrichtung versehen ist, wobei dessen distaler Endabschnitt zum formschlüssigen Halten der ersten Axiallagerscheibe und ein dem Doppelbord gegenüberliegendes Randbord des Lagerkäfigs zum formschlüssigen Halten der zweiten Axiallagerscheibe ausgebildet ist, um insgesamt eine in sich selbst haltende Baueinheit zu schaffen.
Für die erfindungsgemäße Lösung kommen somit wenige, speziell funktionsintegrierte
Bauteile zum Einsatz. Dabei dient der Lagerkäfig nicht allein als Träger der Wälzkör- per, sondern wird durch den erfindungsgemäßen Gesamtaufbau zum entscheidenden Führungselement der Axiallagerung. Dies führt zu einer Reduzierung der radialen Führungstoleranz je nach Durchmesser auf etwa 1/3 und auch zu einer entsprechenden Geräuschreduzierung. Da im Rahmen der erfindungsgemäßen Lösung im Gegensatz zum eingangs diskutierten Stand der Technik kreisringförmig flache Axiallagerscheiben zum Einsatz kommen, wird zudem eine entsprechende Materialeinsparung erzielt. Im Falle von Breitenanpassungen der Axialwälzlagereinheit durch durchmessergrößere Wälzkörper, vorzugsweise Rollen oder Nadeln, muss lediglich der Lagerkäfig konstruktiv angepasst werden, da die Axiallagerscheiben hiervon unabhängig sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Axialwälzlagereinheit ist das als Doppelbord ausgebildete Randbord innenradial und das andere Randbord außenradial des Lagerkäfigs angeordnet. Hierdurch lässt sich ein präzises Bewegungsspiel in Radialrichtung von bis zu 0,1 mm gegenüber einer die Axialwälzlagereinheit tragenden Welle oder dergleichen realisieren, da sich ein Doppelbord präziser und formstabiler umformen lässt als eine einfache Abwinklung eines führenden Axiallagerbauteils.
Gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass auch das andere Randbord des Lagerkäfigs mit einem distalen Endabschnitt zum formschlüssigen Halten der zweiten Axiallagerscheibe versehen ist. Beide distalen Endabschnitte der Randborde weisen hierfür vorzugsweise einen die zugeordnete Axiallagerscheibe zumindest partiell umgreifenden Bordrand auf.
Zur Biegeerleichterung können diese Randborde umformtechnisch abgestreckt ausgebildet sein. Dies bedeutet, dass materialdünnere Endabschnitte beim Tiefziehen des Lagerkäfigs erzeugt werden. Diese wirken vorzugsweise mit Axiallagerscheiben zusammen, die einen je innen- und außenradialen Randabsatz aufweisen, so dass der zur Einfassung umgebogene Bordrand nicht über die äußere Seitenfläche der Axiallagerscheiben hervorsteht. Alternativ hierzu wird vorgeschlagen, dass die Axiallagerscheiben eine je innen- und außenradiale Randabschrägung aufweisen, die mit dem jeweils zugeordneten distalen Endabschnitt des Randbords derart zusammenwirkt, dass der umgebogene Bordrand zumindest partiell hieran zur Anlage kommt. Hierdurch ist gegenüber der vorstehenden Ausführungsform eine Umbiegung von weniger als 90° erforderlich, und zwar vorzugsweise 40° bis 50°, ganz vorzugsweise in etwa 45°. Dies lässt sich umformtechnisch mit weniger Rissbildungsgefahr der Biegestelle realisieren. Einzelne entlang des Umfangs eingebrachte Verstemmungen sind im Übrigen hinreichend.
Vorteilhafterweise sind die beiden Axiallagerscheiben als Gleichteile ausgeführt und sind hierdurch universell einsetzbar. Neben einer Reduzierung des fertigungstechnischen Aufwands wird insbesondere die Anzahl der erforderlichen Einzelteile reduziert. So besteht die erfindungsgemäße Axialwälzlagereinheit lediglich aus drei verschiedenen Arten von Einzelbauteilen.
Die erfindungsgemäße formschlüssige Halterung der Axiallagerscheiben bildet die Voraussetzung dafür, zwischen diesen und dem zugeordneten distalen Endabschnitt des jeweiligen Randbords einen Bewegungsspalt von vorzugsweise 0,1 bis 0,4 mm, ganz vorzugsweise von 0,2 bis 0,3 mm, zu realisieren. Mit dieser hochpräzisen Führung geht insbesondere auch eine entsprechende Geräuschreduzierung während des Betriebs hervor, ohne dass die Wälzlagereigenschaften beeinträchtigt werden.
Im Übrigen resultiert ein fertigungstechnischer Vorteil bei der erfindungsgemäßen Axialwälzlagereinheit daraus, dass nicht allein der Lagerkäfig aus einem umgeformten Blechmaterial hergestellt ist, sondern vorzugsweise auch die kreisringförmigen Axiallagerscheiben, welche als Stanz-Präge-Teile umformtechnisch hergestellt werden können. Insbesondere die Randabschrägung beziehungsweise der Randabsatz der Axiallagerscheiben lässt sich dabei in einfacher Weise durch Prägen fertigen.
Detailbeschreibung anhand Zeichnung Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Axialwälzlagereinheit in einer ersten Ausführungsform, und
Fig. 2 eine perspektivische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Axialwälzlagereinheit in einer zweiten Ausführungsform.
Gemäß Fig. 1 besteht eine Axialwälzlagereinheit aus zwei identischen kreisringförmigen Axiallagerscheiben 1 und 2, zwischen denen über einen Lagerkäfig 3 geführte Wälzkörper 4 (exemplarisch) angeordnet sind.
Der Lagerkäfig 3 ist aus einem Blechmaterial bestehend umformtechnisch hergestellt und weist ein innenradial sich in Axialrichtung erstreckendes Randbord 5 sowie ein außenradial sich ebenfalls in Axialrichtung erstreckendes Randbord 6 auf. Die als Rollen oder Nadeln ausgeführten Wälzkörper 4 werden zwischen den beiden Randborden 5 und 6 radial geführt.
Das innenradiale Randbord 5 ist bei diesem Ausführungsbeispiel als ein Doppelbord ausgeführt und ist insoweit mit einer endseitigen Umbiegung 7 in die Gegenrichtung versehen. Hierdurch wird eine Materialaufdopplung hinsichtlich der Blechdicke erzielt. Der distale Endabschnitt 8 des innenradialen Randbords 5 dient dabei zum formschlüssigen Halten der ersten Axiallagerscheibe 1. Das dem Doppelbord gegenüberliegende Randbord 6 des Lagerkäfigs 3 ist zum formschlüssigen Halten der zweiten Axiallagerscheibe 2 ausgebildet, indem dessen distaler Endabschnitt 10 hier zum Umfassen der zugeordneten Axiallagerscheibe 2 dient.
Beide distalen Endabschnitte 8 und 10 weisen einen die zugeordneten Axiallagerscheiben 1 beziehungsweise 2 zumindest partial umgreifenden Randbord 9 beziehungsweise 11 auf. Die beiden Randborde 9 und 11 sind bei diesem Ausführungsbeispiel als Verstemmungen ausgeführt, von denen - hier nicht weiter ersichtlich - meh- rere Verstemmungen entlang des jeweiligen Umfangs verteilt angeordnet sind, um die je zugeordneten Axiallagerscheiben 1 und 2 formschlüssig einzufassen.
Die formschlüssige Einfassung erfolgt bei diesem Ausführungsbeispiel derart, dass der zumindest partiell umgebogene Bordrand 9 und 10 an den Axiallagerscheiben 1 und 2 je innen- beziehungsweise außenradial eingebrachte Randabschrägungen 12 beziehungsweise 13 zur Anlage kommt. Die Randabschrägungen sind hier mit einem Winkel von 45° gegenüber der Lagerlängsachse ausgebildet. Ein entsprechend relativ geringförmig partiell umgebogener Bordrand 9 beziehungsweise 11 ist hierfür hinreichend.
Gemäß Fig. 2 weisen im Gegensatz hierzu die Axiallagerscheiben 1' und 2‘ einen je innen- und außenradialen Randabsatz 12' und 13' auf, der im Prinzip eine 90°- Abstufung des Randbereichs bildet. Ein jeweils zugeordneter abgestreckter, und damit gegenüber der Randborddicke materialdünnerer distaler Endabschnitt 8' und 10' der zugeordneten Randborde 5' beziehungsweise 6' kommt hieran derart zur Anlage, dass die Einfassung nicht über die äußere Seitenfläche der Axiallagerscheibe 1 ' und 2' hervorsteht. Bei diesem Ausführungsbeispiel sollte im Gegensatz zu dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der gesamte Bordrand 9 und 10 jeweils um 90° umgebogen werden.
Bezuqszeichenliste
Axiallagerscheibe
Axiallagerscheibe
Lagerkäfig
Wälzkörper erstes Randbord zweites Randbord
Umbiegung erster distaler Endabschnitt erster Bordrand zweiter distaler Endabschnitt zweiter Bordrand innenradiale RandabschrägungZ-absatz außenradiale RandabschrägungZ-absatz

Claims

8 Patentansprüche
1 . Axialwälzlagereinheit mit zwischen zwei kreisringförmigen Axiallagerscheiben (1 , 2) angeordneten Wälzkörpern (4), die mittels eines aus einem Blechmaterial umgeformten Lagerkäfig (3) geführt sind, der innen- und außenradial jeweils ein sich in Axialrichtung erstreckendes Randbord (5, 6) zur Radialführung der Wälzkörper (4) aufweist, wobei zumindest eines der Randborde (5) als Doppelbord ausgeführt mit einer endseitigen Umbiegung (7) in die Gegenrichtung versehen ist, wobei dessen distaler Endabschnitt (8) zum formschlüssigen Halten der ersten Axiallagerscheibe (1 ) und ein dem Doppelbord gegenüberliegendes Randbord (6) des Lagerkäfigs (3) zum formschlüssigen Halten der zweiten Axiallagerscheibe (2) ausgebildet ist, um insgesamt eine in sich selbst haltende Baueinheit zu schaffen.
2. Axialwälzlagereinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das als Doppelbord ausgebildete Randbord (5) innenradial und das andere Randbord (6) außenradial des Lagerkäfigs (3) angeordnet ist.
3. Axialwälzlagereinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das andere Randbord (6) des Lagerkäfigs (3) ebenfalls mit einem distalen Endabschnitt (10) zum formschlüssigen Halten der zweiten Axiallagerscheibe (2) versehen ist.
4. Axialwälzlagereinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass beide distalen Endabschnitte (8, 10) einen die zugeordnete Axiallagerscheibe (1 ; 2) zumindest partiell umgreifenden Bordrand (9; 11 ) aufweisen. 9
5. Axialwälzlagereinheit nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Axiallagerscheiben (1 , 2) eine je innen- und außenradiale Randabschrägung (12, 13) aufweisen, die mit dem jeweils zugeordneten distalen Endabschnitt (8; 10) des Randbords (5; 6) derart zusammenwirkt, dass der umgebogene Bordrand (9; 11 ) hieran zur Anlage kommt.
6. Axialwälzlagereinheit nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Biegeerleichterung zumindest einer der distalen Endabschnitte (8, 10) der Randborde (5, 6) umformtechnisch abgestreckt ausgebildet ist.
7. Axialwälzlagereinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Axiallagerscheiben (1 ', 2‘) einen je innen- und außenradialen Randabsatz (12‘, 13‘) aufweisen, der mit dem jeweils zugeordneten abgestreckten distalen Endabschnitt (8‘; 10‘) des Randbords (5‘; 6‘) derart zusammenwirkt, dass der zur Einfassung umgebogene Bordrand (9‘; 11 ') nicht über die äußere Seitenfläche der Axiallagerscheiben (1‘; 2‘) hervorsteht.
8. Axialwälzlagereinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beide Axiallagerscheiben (1 , 2; 1‘, 2‘) als Gleichteile ausgeführt sind.
9. Axialwälzlagereinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Axiallagerscheibe (1 , 2; 1‘, 2‘) und dem distalen Endabschnitt (8; 10) des zugeordneten Randbords (5; 6) ein Bewegungsspalt von 0,1 bis 0,4 Millimetern, vorzugsweise von 0,2 bis 0,3 Millimetern, besteht. 10
10. Axialwälzlagereinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kreisringförmigen Axiallagerscheiben (1 , 2; 1‘, 2‘) als Stanz-Präge-Teile ebenfalls umformtechnisch aus einem Bleichmaterial hergestellt sind.
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