WO2024012626A1 - Axialpendelrollenlager mit einem käfig und verfahren zur fertigung eines käfigs für ein axialpendelrollenlager - Google Patents

Axialpendelrollenlager mit einem käfig und verfahren zur fertigung eines käfigs für ein axialpendelrollenlager Download PDF

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Rainer Schroeder
Georg Friedrich
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    • F16C2226/74—Positive connections with complementary interlocking parts with snap-fit, e.g. by clips

Definitions

  • the invention relates to an axial spherical roller bearing with an improved cage and a method for producing a cage for an axial spherical roller bearing.
  • Axial spherical roller bearings allow the absorption of high axial loads as well as radial forces and typically have pressure angles of more than 20 degrees.
  • axial spherical roller bearings make it possible to compensate for angular errors by pivoting the bearing disks relative to each other with respect to their central axes.
  • Spherical barrel rollers which are often asymmetrically designed, are used as rolling elements in axial pendulum bearings.
  • axial spherical roller bearings Due to the force absorption of the axial spherical roller bearings, the barrel rollers tend to tilt or restrict during operation. In order to ensure adequate guidance of the barrel rollers, axial spherical roller bearings usually have cages with windows, with the windows being separated from each other by webs.
  • DE 23 175 49 A1 discloses an axial spherical roller bearing with a cage.
  • the cage is designed in such a way that the cage cover ring encloses the inner bearing ring. This ensures sufficient stability and a cage shape that does not protrude beyond the radial dimensions of the outer bearing ring.
  • the object of the present invention is to propose an axial spherical roller bearing with an improved cage, which can be produced inexpensively and has better running properties.
  • axial spherical roller bearings are preferably understood to mean rolling bearings with a pressure angle of greater than 20°, in particular greater than 30° and in particular greater than 40°.
  • the axial spherical roller bearing has bearing rings in the form of a bearing inner ring and a bearing outer ring, as well as a plurality of rolling elements for rotatably supporting the bearing rings about a common axis.
  • the bearing inner ring also has a sheet thickness s and a slope.
  • the cage has a base ring, a cover ring and a plurality of connecting webs, each of which is integrally connected to the base ring and the cover ring, as well as windows for receiving barrel rollers, which space them apart from one another.
  • the fastening tabs welded to the cover ring of the cage snap into a radial shoulder of the bearing inner ring and can hold the cage equipped with rolling elements on the inner ring during assembly.
  • cover rings of an axial spherical roller bearing are designed in such a way that they almost enclose the inner bearing ring.
  • This enables particularly high rigidity and easy shaping using deep drawing.
  • the additional, cost-intensive process step of welding is chosen in order to create an improved bearing.
  • the welded tabs enable the cage filled with rolling elements to be connected to the inner bearing ring for mounting on the shaft.
  • Another advantage of the invention is the improvement of the tribological behavior of the bearing, since the bearing can be supplied with lubricant externally in an improved manner.
  • the cage is preferably made of a steel material and comprises a base ring, a cover ring and a plurality of connecting webs, each of which is integrally connected to said rings, so that the cage is formed in one piece.
  • the term “one-piece” also means the connection of the fastening tabs to the cover ring, which is realized by welding.
  • the base ring and cover ring are defined in such a way that the base ring has a smaller diameter than the cover ring.
  • the axial extent of the cover ring of the cage does not exceed the axial extent of the slope of the bearing inner ring.
  • the cover ring is designed to be particularly delicate axially. Although this can impair stability to a small extent, it ensures a particularly large passage of lubricant.
  • This narrow design also means that the use of material for the blank in the production of the cage can be kept low and the effort involved in welding on the fastening tabs can be counteracted.
  • the axial extent of the cover ring of the cage is dimensioned such that the cover ring ends at least with the amount of the sheet metal thickness s before the end of the axial extent of the slope. This ensures an even larger gap for lubricant supply.
  • At least three welded fastening tabs must be provided on the cover ring of the axial spherical roller bearing cage. This is preferred because it keeps the manufacturing effort to a minimum.
  • the cover ring of the cage of the axial spherical roller bearing has four welded fastening tabs on. This ensures a particularly good hold on the internal storage.
  • the cover ring of the cage has welded fastening tabs which are evenly distributed over the circumference. This ensures an ideal hold of the cage with the rolling elements during assembly on the inner bearing ring.
  • the welded fastening tabs of the cover ring of the cage have the same contour. This has the advantage that the holding forces during/after assembly are almost the same over the circumference and the connection does not come loose.
  • the cage of the axial spherical roller bearing it is manufactured by first providing the blank in the form of a circuit board and forming it into a cage pot by deep drawing. The windows, which will later be used to hold the rolling elements, are then punched and embossed.
  • the first part of the axial spherical roller bearing cage produced in this way is also characterized by the fact that significantly less raw material has to be provided than for a standard cage with a wide cover ring.
  • the preformed fastening tabs are first provided and bonded to the first part of the axial spherical roller bearing cage by means of welding.
  • Figure 1 is a sectional view of a bearing according to the invention
  • Figure 2 is a three-dimensional view of the bearing according to Figure 1
  • Figure 3 shows a representation of a cage of a bearing according to the invention
  • Figure 4 shows a representation of the process steps for producing a cage for an axial spherical roller bearing.
  • Figure 1 shows a sectional view of a section of a bearing 1, which is designed as an axial spherical roller bearing.
  • This bearing has bearing rings in the form of a bearing inner ring 2 and a bearing outer ring 3, between which a plurality of rolling elements 4 are arranged for rotatable mounting of the bearing rings about a common axis 11.
  • the bearing inner ring 2 has a slope 8.
  • the cage 5 with a sheet thickness s comprises a base ring 6, a cover ring 7 and a plurality of connecting webs 13, each of which is connected in one piece to the base ring 6 and the cover ring 7.
  • the base ring 6, the cover ring 7 and the connecting webs 13 each form a window 12 for receiving rolling elements, which space the latter from one another.
  • the cage 5 has fastening tabs 9 welded to the cover ring 7, which snap into a radial shoulder 10 of the bearing inner ring 2. These can have different shapes, with one conceivable shape being shown in Figure 1.
  • Figure 1 shows an embodiment in which the axial extent a of the cover ring 7 of the cage 5 is the axial extent of the slope 8 does not exceed.
  • the cover ring 7 is designed so narrow that it ends at least with the amount of the sheet thickness s before the end of the axial extent s of the slope 8.
  • FIG. 1 A three-dimensional view of the bearing according to FIG. 1 can be seen in FIG.
  • the four welded fastening tabs 9 of the cover ring 7 provided in a preferred embodiment are shown.
  • the number and positioning of the fastening tabs 9 can vary from the illustration.
  • Figure 3 shows a schematic, three-dimensional representation of a cage 5 for an axial spherical roller bearing.
  • the narrow cover ring 7 and the welded fastening tabs 9 can be seen here.
  • Figure 4 illustrates the process steps for producing a cage 5 for an axial spherical roller bearing 1.
  • a blank is provided in the form of a circuit board. This is then formed into a cage pot using deep drawing.
  • the windows 12, which later serve to accommodate the rolling elements 4, are then punched and embossed.
  • the first part of the axial spherical roller bearing cage 5 produced in this way is also characterized in terms of production in that significantly less raw material has to be provided than for a standard cage with a wide cover ring.
  • the preformed fastening tabs 9 are first provided and joined to the first part of the cage 5 in a materially bonded manner by means of welding.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Axialpendelrollenlager (1), welches kostengünstig herstellbar ist und durch bessere Laufeigenschaften charakterisiert ist. Das Axialpendelrollenlager (1) weist Lagerringe in Form eines Lagerinnenrings (2) und eines Lageraußenrings (3) auf, sowie eine Mehrzahl von Wälzkörpern (4) zur drehbaren Lagerung der Lagerringe um eine gemeinsame Achse (11). Der Lagerinnenring (2) hat dabei Schräge (8). Der Käfig (5) der Blechdicke s, weist einen Bodenring (6), einen Deckelring (7) und eine Mehrzahl von Verbindungsstegen (13) auf, die jeweils einstückig mit dem Bodenring (6) und dem Deckelring (7) verbunden sind und Fenster (12) zur Aufnahme von Tonnenrollen ausbilden und diese somit voneinander beabstanden. Der Käfig (5) weist am Deckelring (7) angeschweißte Befestigungslaschen (9) auf, die in einen radialen Absatz des Lagerinnenrings (8) einschnappen.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Axialpendelrollenlager mit einem Käfig und Verfahren zur Fertigung eines Käfigs für ein Axialpendelrollenlager
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Axialpendelrollenlager mit einem verbesserten Käfig sowie ein Verfahren zur Fertigung eines Käfigs für ein Axialpendelrollenlager.
Axialpendelrollenlager erlauben die Aufnahme von hohen Axiallasten sowie zusätzlich von radialen Kräften und weisen typischerweise Druckwinkel von mehr als 20 Grad auf. Insbesondere ermöglichen Axialpendelrollenlager Winkelfehler auszugleichen, indem sich die Lagerscheiben in Bezug auf deren Mittelachsen zueinander verschwenken. Als Wälzkörper kommen bei Axialpendellagern ballige Tonnenrollen zum Einsatz, welche oft asymmetrisch ausgebildet sind.
Aufgrund der Kraftaufnahme der Axialpendelrollenlager neigen die Tonnenrollen dazu, im Betrieb zu verkippen bzw. zu schränken. Um eine ausreichende Führung der Tonnenrollen sicher zu stellen, weisen Axialpendelrollenlager meist Käfige mit Fenster auf, wobei die Fenster durch Stege voneinander getrennt sind.
Die DE 23 175 49 A1 offenbart ein Axialpendelrollenlager mit einem Käfig. Der Käfig ist in der Form ausgebildet, dass der Käfigdeckelring den inneren Lagerring umschließt. Die gewährleistet eine ausreichende Stabilität und eine Käfigform, die nicht über die radialen Abmessungen des äußeren Lagerings übersteht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Axialpendelrollenlager mit einem verbesserten Käfig vorzuschlagen, welches kostengünstig herstellbar ist und bessere Laufeigenschaften aufweist.
Diese Aufgabe wird durch ein Axialpendelrollenlager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , sowie durch ein Verfahren zur Fertigung eines verbesserten Käfigs für ein Axialpendelrollenlager mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und/oder den beigefügten Figuren.
Unter Axialpendelrollenlager werden im Rahmen der Erfindung vorzugsweise Wälzlager mit einem Druckwinkel von größer als 20°, insbesondere größer 30° und im speziellen größer als 40° verstanden. Das Axialpendelrollenlager weist Lagerringen in Form eines Lagerinnenrings und eines Lageraußenrings, sowie eine Mehrzahl von Wälzkörpern zur drehbaren Lagerung der Lagerringe um eine gemeinsame Achse auf. Der Lagerinnenring weist darüber hinaus eine Blechdicke s und eine Schräge auf. Der Käfig weist eine Bodenring, einen Deckelring und eine Mehrzahl von Verbindungsstegen auf, die jeweils einstückig mit dem Bodenring und dem Deckelring verbunden sind, sowie Fenster zur Aufnahme von Tonnenrollen, die diese voneinander beabstanden.
Die am Deckelring des Käfigs angeschweißten Befestigungslaschen schnappen in einen radialen Absatz des Lagerinnenrings ein und können bei der Montage den mit Wälzkörpern bestückten Käfig am Innenring halten.
Naheliegenderweise werden die Deckelringe eines Axialpendelrollenlagers in der Form ausgeführt, dass sie den inneren Lagerring nahezu umschließen. Dies ermöglicht eine besonders hohe Steifigkeit und einfache Formgebung mittels Tiefziehen. Im Rahmen der Erfindung wird jedoch dagegen der zusätzliche, kostenintensive Prozessschritt des Anschweißens gewählt, um ein verbessertes Lager zu schaffen. Die angeschweißten Laschen ermöglichen ein Verbinden des mit Wälzkörpern befüllten Käfigs mit dem inneren Lagerring zur Montage auf der Welle. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist zudem die Verbesserung des tribologischen Verhaltens des Lagers, da so das Lager extern in einer verbesserten Art und Weise mit Schmierstoff versorgt werden kann. Der Käfig ist bevorzugt aus einem Stahlmaterial gefertigt und umfasst einen Bodenring, einen Deckelring und eine Mehrzahl von Verbindungsstegen, die jeweils einstückig mit den genannten Ringen verbunden sind, so dass der Käfig einstückig ausgebildet ist. Unter einstückig ist auch die durch Anschweißen realisierte Verbindung der Befestigungslaschen mit dem Deckelring zu verstehen. Vorzugsweise ist der Bodenring und Deckelring so definiert, dass der Bodenring einen geringeren Durchmesser als der Deckelring aufweist.
Vorzugsweise überschreitet die axiale Erstreckung des Deckelrings des Käfigs die axiale Erstreckung der Schräge des Lagerinnenrings nicht. Das bedeutet, dass der Deckelring axial besonders filigran ausgeführt ist. Dies kann zwar die Stabilität in geringem Maße beeinträchtigen, jedoch wird so ein besonders großer Schmierstoffdurchgang gewährleistet. Durch diese schmale Ausführung kann zudem der Materialeinsatz des Rohlings bei der Fertigung des Käfigs gering gehalten werden und dem Aufwand des Anschweißens der Befestigungslaschen entgegengehalten werden.
Bei einer bevorzugten Ausführung des Axialpendelrollenlagers ist die axiale Erstreckung des Deckelrings des Käfigs so dimensioniert, dass der Deckelring mindestens mit dem Betrag der Blechstärke s vor dem Ende der axialen Erstreckung der Schräge endet. Somit wird ein noch größerer Spalt zur Schmierstoffversorgung sichergestellt.
Um einen ausreichenden Halt des mit Wälzkörpern bestückten Käfigs am inneren Lagerring zu gewährleisten, sind mindestens drei angeschweißte Befestigungslaschen am Deckelring des Axialpendelrollenlagerkäfigs vorzusehen. Dies ist bevorzugt, da so der fertigungstechnische Aufwand geringgehalten wird.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist der Deckelring des Käfigs des Axialpendelrollenlagers vier angeschweißte Befestigungslaschen auf. Dadurch kann ein besonders guter Halt auf dem inneren Lagerung sichergestellt werden.
In einer weiter verbesserten Ausgestaltung des Axialpendelrollenlagers, weist der Deckelring des Käfigs angeschweißte Befestigungslaschen auf, die die gleichmäßig über den Umfang verteilt sind. Dadurch ist ein idealer Halt des Käfigs mit den Wälzkörpern bei der Montage am inneren Lagerring realisiert.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die angeschweißten Befestigungslaschen des Deckelring des Käfigs die gleiche Kontur auf. Dies hat den Vorteil, dass die Haltekräfte bei/nach der Montage über den Umfang nahezu gleich groß sind und es so zu keiner Lösung der Verbindung kommt.
Bei einer bevorzugten Herstellungsweise des Käfigs des Axialpendelrollenlagers wird dieser gefertigt, indem der Rohling in Form einer Platine zunächst bereitgestellt und mittels Tiefziehens zu einem Käfigtopf geformt wird. Im Anschluss werden die Fenster, die später der Aufnahme der Wälzkörper dienen, gelocht und geprägt. Der so hergestellte erste Teil des Axialpendelrollenlagerkäfigs zeichnet sich im Hinblick auf die Herstellung zudem dadurch aus, dass signifikant weniger Rohmaterial bereitgestellt werden muss als bei einem Standardkäfig mit breitem Deckelring. Zu diesem ersten Teil der Axialpendelrollenlagerkäfigs, werden zunächst die vorgeformten Befestigungslaschen bereitgestellt und mittels Schweißens stoffschlüssig an den ersten Teil der Axialpendelrollenlagerkäfigs gefügt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben sind.
Es zeigen:
Figur 1 eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Lagers, Figur 2 eine dreidimensionale Ansicht des Lagers gemäß Figur 1 ,
Figur 3 eine Darstellung eines Käfigs eines erfindungsgemäßen Lagers,
Figur 4 eine Darstellung der Verfahrensschritte zur Herstellung eines Käfigs für ein Axialpendelrollenlager.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt in einer Schnittdarstellung einen Ausschnitt eines Lagers 1 , das als Axialpendelrollenlager ausgebildet ist. Dieses Lager weist Lagerringe in Form eines Lagerinnenrings 2 und eines Lageraußenrings 3 auf, zwischen denen eine Mehrzahl von Wälzkörpern 4 zur drehbaren Lagerung der Lagerringe um eine gemeinsame Achse 11 angeordnet sind.
Der Lagerinnenring 2 weist eine Schräge 8 auf. Der Käfig 5 mit einer Blechdicke s umfasst einen Bodenring 6, einem Deckelring 7 und eine Mehrzahl von Verbindungsstegen 13, die jeweils einstückig mit dem Bodenring 6 und dem Deckelring 7 verbunden sind. Der Bodenring 6, der Deckelring 7 sowie die Verbindungsstegen 13 bilden jeweils ein Fenster 12 zur Aufnahme von Wälzkörpern aus, welche letztere voneinander beabstanden.
Der Käfig 5 weist an den Deckelring 7 angeschweißte Befestigungslaschen 9 auf, die in einen radialen Absatz 10 des Lagerinnenrings 2 einschnappen. Diese können unterschiedliche Formen aufweisen, wobei eine denkbare Form in Figur 1 dargestellt ist.
Figur 1 zeigt eine Ausführungsform, bei der die axiale Erstreckung a des Deckelrings 7 des Käfigs 5, die axiale Erstreckung der Schräge 8 nicht überschreitet. Dabei ist hier der Deckelring 7 so schmal ausgeführt, dass mindestens mit dem Betrag der Blechstärke s vor dem Ende der axialen Erstreckung s der Schräge 8 endet.
In Figur 2 ist eine dreidimensionale Ansicht des Lagers gemäß Figur 1 ersichtlich. Hierbei sind die in einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehenen vier angeschweißte Befestigungslaschen 9 des Deckelrings 7 dargestellt. In weiteren Ausführungsformen können die Anzahl und die Positionierung der Befestigungslaschen 9 von der Darstellung variieren.
Figur 3 zeigt eine schematische, dreidimensionale Darstellung eines Käfigs 5 für ein Axialpendelrollenlager. Hierbei ist der schmal ausgeführte Deckelring 7, sowie die angeschweißten Befestigungslaschen 9 ersichtlich.
Figur 4 verdeutlicht die Verfahrensschritte zur Herstellung eines Käfigs 5 für ein Axialpendelrollenlager 1. Zunächst wir ein Rohling in Form einer Platine bereitgestellt. Anschließend wird dieser mittels Tiefziehens zu einem Käfigtopf geformt. Daraufhin werden die Fenster 12, die später der Aufnahme der Wälzkörper 4 dienen, gelocht und geprägt. Der so hergestellte erste Teil des Axialpendelrollenlagerkäfigs 5 zeichnet sich im Hinblick auf die Herstellung zudem dadurch aus, dass signifikant weniger Rohmaterial bereitgestellt werden muss als bei einem Standardkäfig mit breitem Deckelring. Zu diesem ersten Teil der Käfigs 5, werden zunächst die vorgeformten Befestigungslaschen 9 bereitgestellt und mittels Schweißens stoffschlüssig an den ersten Teil des Käfigs 5 gefügt.
Bezugszeichen
Figure imgf000009_0001

Claims

Patentansprüche
1. Axialpendelrollenlager 1 , mit Lagerringen in Form eines Lagerinnenrings (2) und eines Lageraußenrings (3), mit einer Mehrzahl von Wälzkörpern (4) zur drehbaren Lagerung der Lagerringe um eine gemeinsame Achse (11 ), wobei der Lagerinnenring eine Schräge (8) aufweist, und mit einem Käfig (5) einer Blechdicke (s) mit einem Bodenring (6), mit einem Deckelring (7) und mit einer Mehrzahl von Verbindungsstegen (13), die jeweils einstückig mit dem Bodenring (6) und dem Deckelring (7) verbunden sind und Fenster (12) zur Aufnahme von Tonnenrollen, die diese voneinander beabstanden, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (5) an den Deckelring (7) angeschweißte Befestigungslaschen (9) aufweist, die in einen radialen Absatz des Lagerinnenrings (8) einschnappen.
2. Axialpendelrollenlager (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Erstreckung (a) des Deckelrings (7) des Käfigs (5), die axiale Erstreckung der Schräge (8) nicht überschreitet.
3. Axialpendelrollenlager (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Erstreckung (a) des Deckelrings (7) des Käfigs (5), mindestens mit dem Betrag der Blechdicke (s) vor dem Ende der axialen Erstreckung (a) der Schräge (8) endet.
4. Axialpendelrollenlager (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckelring (7) des Käfigs (5) mindestens drei angeschweißte Befestigungslaschen (9) aufweist. Axialpendelrollenlager (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckelring (7) des Käfigs (5) vier angeschweißte Befestigungslaschen (9) aufweist. Axialpendelrollenlager (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die angeschweißte Befestigungslaschen (9) des Deckelring (7) des Käfigs (5) gleichmäßig über den Umfang verteilt sind. Axialpendelrollenlager (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die angeschweißte Befestigungslaschen (9) des Deckelring (7) des Käfigs (5) die gleiche Kontur aufweisen. Verfahren zur Herstellung eines Käfigs (5) für ein Axialpendelrollenlager (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte: a. Bereitstellen eines Rohlings b. Tiefziehen des Rohlings zu einem Käfigtopf c. Lochen und Prägen der Fenster (12) d. Bereitstellen von vorgeformten Befestigungslaschen (9) e. Verbindung der Befestigungslaschen (9) mit dem Käfig (5) durch Schweißen
PCT/DE2023/100466 2022-07-11 2023-06-21 Axialpendelrollenlager mit einem käfig und verfahren zur fertigung eines käfigs für ein axialpendelrollenlager WO2024012626A1 (de)

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