WO2024032842A1 - Mehrreihiges axiallager mit gewölbter axiallagerscheibe - Google Patents

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WO2024032842A1
WO2024032842A1 PCT/DE2023/100513 DE2023100513W WO2024032842A1 WO 2024032842 A1 WO2024032842 A1 WO 2024032842A1 DE 2023100513 W DE2023100513 W DE 2023100513W WO 2024032842 A1 WO2024032842 A1 WO 2024032842A1
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rolling
axial
raceway
radial plane
row
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PCT/DE2023/100513
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Inventor
Frank Schoenstein
Wolfgang Fugel
Andreas Kirschner
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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Publication date
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    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/49—Bearings with both balls and rollers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16C19/02—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows
    • F16C19/14—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load
    • F16C19/18—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load with two or more rows of balls
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/22—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings
    • F16C19/34—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for both radial and axial load
    • F16C19/38—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for both radial and axial load with two or more rows of rollers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/58—Raceways; Race rings
    • F16C33/588—Races of sheet metal

Definitions

  • the invention relates to an axial bearing with rolling bodies and with at least one axial disk, the axial disk being provided with at least one rolling raceway for the rolling bodies, and first rolling bodies designed as balls and second rolling bodies designed as rollers are provided, the axial disk being provided with at least one curvature is.
  • a combined axial-radial bearing in which the axial bearing is carried out by a row of rollers and the radial bearing is made up of a row of balls with corresponding angulations of the axial-radial disks, is shown in DE 89 06 246 U1.
  • US 2016/0010688 A1 shows a thrust bearing of this type that is formed in a single row from a row of balls and needles. Furthermore, US 2016/0010688 A1 shows a multi-row axial bearing with curved axial disks, the individual rows of which are equipped with balls.
  • rolling bearings with balls usually have low frictional resistance when operating under load compared to rolling bearings with needles.
  • rolling bearings with needles can absorb comparatively higher loads. Due to the curved raceways, the axial bearings carry lower loads essentially via the balls and a very small proportion of the length of the needles, which means that the bearing runs with very little friction.
  • the object of the invention is to create a thrust bearing with improved function, with which the load capacity can be increased and with which the friction can nevertheless be reduced.
  • the thrust bearing is a multi-row thrust bearing with at least two rows arranged concentrically to a central axis.
  • the axial disk has at least two rolling raceways that differ geometrically from one another.
  • Each rolling track is assigned a row of rolling elements.
  • the rolling elements are arranged in a common first radial plane. This means that the rows of rolling elements have a mutually parallel supporting effect, at least when the axial bearing is under maximum load.
  • the rolling raceways differ from each other in terms of their geometry and their position relative to the central axis. It is also conceivable that the rolling raceways differ from one another with regard to their orientation to the first radial plane.
  • the rolling body centers lie in the radial plane.
  • the rolling body centers are the ball centers and for rollers these are the individual roller axes of symmetry. In the latter case, it is sufficient if the roller axes intersect the first radial plane. In this case the intersection points are the centers.
  • the first radial plane is an imaginary plane penetrated perpendicularly by the central axis of the axial bearing.
  • the central axis of the thrust bearing is defined as axially aligned. Radial is therefore perpendicular to the roller axis. In connection with the arrangement according to the invention, radial planes are penetrated perpendicularly by the central axis.
  • rollers are cylindrical, but also spherical or deviating from spherical rolling bodies, which rotate or roll around their own rolling axis.
  • the term rolls also includes rolls defined as needles with a larger length-to-diameter ratio.
  • the central axis of the thrust bearing is a pivot axis or rotation axis about which the rows of the thrust bearing arranged concentrically to this central axis pivot with pivot angles of up to 360° or rotate with rotation angles > 360° around the central axis of the thrust bearing.
  • Both the front of the axial disk and its rear are directed away from the second radial plane when viewed from the second radial plane.
  • the advantage of the invention results from the fact that the axial bearing is designed in several rows in a parallel arrangement.
  • Parallel arrangement means that under the highest load, the rolling elements in all rows next to each other carry the load in the direction of the load.
  • Each row is assigned a rolling track adapted to the loads, load sequence and the special geometry of the rolling elements used for this row. This means that optimal rolling conditions can be adjusted to the operating and load conditions and the friction in the rolling bearing can be reduced - which allows the efficiency and service life of such axial bearings to be optimized and, in view of the reduced friction and therefore less energy used, improves the CO2 balance.
  • the invention provides that the axial bearing has a third row with third rolling elements arranged in the same radial plane as the first and second rolling elements. This measure allows the thrust bearing to be adapted to particularly high loads. The latter is particularly the case if, as the invention provides, the third rolling elements are designed as rollers.
  • the third row rollers may have the same length and shape as the second row rollers and may be made of the same material, or may differ from those in these characteristics.
  • their production is more economical because larger batch sizes can be produced and the costs for transport, handling and storage are comparatively lower than when using different rolls.
  • the rolling elements both the balls and the rollers, all have the same diameter.
  • the same diameter means that the rolling elements have the same nominal dimensions, meaning that the diameters can differ from one another within permissible tolerances.
  • the balls can be one have a different diameter than the needles.
  • the needles differ in diameter from row to row or even from one another in a row. The same applies to the balls.
  • the diameter of the rolling elements, together with the geometry of the raceways, can be used to set certain special deflection and rolling characteristics that cannot be achieved with standard axial bearings.
  • this third roller raceway differs from the first roller raceway and the second roller raceway.
  • the three rows are arranged in a common radial plane.
  • the second row adjoins the first row in the first radial plane radially on the inside towards the central axis of the axial bearing and the third row adjoins the first row in the first radial plane on the outside away from the first radial plane first row connects radially.
  • the first curvature viewed in a longitudinal section along the central axis, rises above a second radial plane in an axially convex manner.
  • the rolling raceways are formed on the outside of the convex surface of the curvature.
  • the first rolling raceway is axially further away from this second radial plane than the second rolling raceway and/or the first rolling raceway.
  • the first rolling raceway which is the rolling raceway for the balls, is preferably formed at the reversal point from rising to falling of the arcuate lines of the convex contour of the axial disk that is furthest away from the second radial plane.
  • the other two rolling raceways therefore run axially offset from the first rolling raceway in the direction of the second radial plane.
  • the difference in the axial distances can either be compensated for by larger rolling body diameters of the second and third rolling bodies, or, as a preferred development provides, remains as an axial air gap, at least in the unloaded state of the axial rolling bearing.
  • the thrust bearing In the lightly loaded state, the thrust bearing only runs supported by the rolling contact of the balls with very low frictional resistance and energy consumption.
  • the load-bearing portion of the rollers increases and the rollers ultimately support the loads within the scope of their predetermined rolling contact, so that a high load capacity is ensured by two rows of rollers and a row of balls acting in parallel.
  • the elasticity or the elastic behavior of the axial disk is optimally designed if the axial disk is hollowly curved on its back and at the same time elastically flexible. This allows the axial disk to deflect elastically under load, so that all rows come into play, and to spring back elastically when the load is relieved, so that only the row of balls is supported again.
  • the axial disk is curved in an arc shape when viewed in any longitudinal section along the central axis.
  • the first curvature of the first axial disk is connected to the at least one roller raceway by a front facing away from the second radial plane and axially spaced from a second radial plane and also by a back facing away from the front and facing the second radial plane Radial heights are characterized in such a way that both the front and the back have axially rising profiles above the second radial plane and convexly rising away from the second radial plane in a common axial direction.
  • the axial disk is preferably a component stamped from sheet metal, preferably sheet steel, and embossed with the rolling raceways.
  • the wall thickness of the axial disk can be the same in any longitudinal sections or, alternatively, the axial disk can have different thicknesses.
  • the second radial plane is an imaginary plane in which the axial disk is supported.
  • the axial disk is preferably supported via the circular lines of a radially outer body edge of the axial disk or surface contact of a radially outer or the entire rear side of the axial disk. The latter preferably at maximum load on the axial bearing.
  • the back is the side of the axial disk facing away from the rolling raceways, which is supported on a component.
  • the invention provides further depressions or elevations, i.e. bulges, on the first curvature, which are locally annular, preferably in the area of the rolling raceways.
  • Such measures can be easily implemented without additional or hardly noticeable additional effort Integrate the punching or embossing process in the production of the axial disk.
  • further specific deflection and rolling characteristics can advantageously be adjusted.
  • the local curvatures which are preferably spherical circular surfaces and run concentrically around the central axis, can protrude from the first curvature in a spherical, convex manner when viewed in any longitudinal sections through the axial disk along the central axis, or can bulge in a spherical, concave manner into the first curvature.
  • the latter is particularly advantageous on the rolling raceway for the balls because it creates an oscillation between the rolling raceway and the balls in the manner of a ball groove of a ball bearing, through which the surface pressure in the rolling contact is reduced and the load-bearing capacity of the row of balls is increased.
  • the rolling and load-bearing behavior can also be positively influenced by the fact that the axial bearing is provided with two of the axial disks.
  • the two axial disks are preferably designed as identical parts in terms of geometry and material technology.
  • the rolling elements of the individual rows are preferably guided in a common cage.
  • Figure 1 shows a section of an axial bearing 1 cut along its central axis 19.
  • Figure 2 shows the lower axial disk 8 of the two axial disks 8 and 9 of the axial bearing 1 shown in Figure 1 as an individual part in the view comparable to the illustration in Figure 1.
  • the axial bearing 1 is made of a first axial disk 8 and a second
  • Axial disk 9, made of first rolling elements 5, second rolling elements 6 and third Rolling elements 7 and a cage 22 are formed.
  • the first rolling elements 5 are designed as balls 13.
  • the second rolling elements 6 and the third rolling elements 7 are each designed as rollers 14.
  • the roles 14 are identical parts.
  • the diameters D of the balls 13 and the rollers 14 are all the same.
  • the balls 13 are guided together in a first row 2 in the cage 22.
  • the thrust bearing 1 has two rows 3 and 4 with the rollers 14.
  • the rows 2, 3 and 4 or their rolling elements 5, 6 and 7 are arranged concentrically to the central axis 19.
  • the ball centers 23 of the balls 13 and the roller axes 24 of the rollers 14 ideally lie in the first radial plane L1.
  • the respective axial disk 8 and 9 is provided with at least the rolling raceways 10, 11 and 12 for the rolling bodies 5, 6 and 7.
  • the respective first rolling track 10 is intended for rolling contacts of the balls 13 of the first row 2 with the respective axial disk 8 or 9.
  • the respective second rolling track 11 is intended for rolling contacts with the rollers 14 of the second row 3.
  • the respective third rolling track 12 is assigned to rolling contacts of the rollers 14 of the third row 4 with the axial disks 8 and 9.
  • the axial disks 8 and 9 are identical parts.
  • the axial bearing 1 is not or only slightly loaded, so that only the balls 13 carry.
  • an air gap 26 which extends around the central axis and narrows radially in the direction of the central axis or an air gap 27 which widens axially radially in the direction of the central axis 19 is formed.
  • the ideal case is shown in which, as already mentioned, the ball centers 23 of the balls 13 and the roller axes 24 of the rollers 14 lie in the first radial plane L1.
  • Any possible displacements of the rolling elements 5, 6, 7 relative to one another that deviate from this ideal case or axial sags and tilting of the rolling elements 6 or 7 in the cage 22 and possibly one-sided contact of the rollers 14 without load with one of the rolling raceways 11 and 12 are conceivable in practice , so that air gaps can also be formed on one side between only one rolling track 11 or 12 and the respective roller 14 worth twice the value of both air gaps 26 and 27, while on the other side the rollers 14 move in one direction, for example under the effect of gravity sag and roller raceways 11 and 12 rest in this direction.
  • FIG 2 Both the first rolling raceway 10 and the second rolling raceway 11 as well as the first rolling raceway 10 and the third rolling raceway 12 as well as the second rolling raceway 11 and the third rolling raceway 12 differ geometrically from one another.
  • the radius R3 of the third rolling raceway 12 is larger than the radius R1 of the first rolling raceway 10 and the radius R1 of the first rolling raceway 10 is larger than the radius R2 of the second rolling raceway 11.
  • the axial distance A1 of the first rolling raceway 10 from the second radial plane L2 is the largest of the distances A1, A2 and A3 and larger than the axial distances A2 and A3 of the second rolling raceway 11 and the third rolling raceway 12 from the second radial plane L2.
  • the distances A2 and A3 of the second rolling raceway 11 and the third rolling raceway 12 are the same.
  • the axial disk 8 is curved in the longitudinal section in such a way that its first curvature 15 rises convexly in a longitudinal section along a second radial plane L2 in an axially bulbous manner with the axial direction of the arrow away from this radial plane L2.
  • the second radial plane L2 is a plane parallel to the first radial plane L1.
  • the axial disk 8 is supported during installation, for example against a component (not shown), with a body edge 25 running around the central axis 19.
  • the first curvature 15 is characterized by a front side 20 facing away from the second radial plane L2 and axially spaced from the second radial plane L2 and also by a back side 21 facing away from the front side 20 and facing the second radial plane L2 in such a way that both the front side 20 as well as the back 21 have courses that rise axially above the second radial plane L2 and run convexly away from the second radial plane L2 and are parallel to one another.
  • the distance between the front 20 and the back 21 is defined by a constant sheet thickness of the punched and embossed axial disk 8.
  • the front 20 has the rolling raceways 10, 11 and 12.
  • the axial disk 8 is provided with further curvatures 16, 17 and 18, which are partially formed on the first curvature 15.
  • the third curvature 17 is convexly bulged out of the first curvature 15 from the perspective of the radial plane L2 on the second rolling track 11.
  • a second curvature 16 is concave on the first rolling raceway 10 as viewed from the radial plane L2 and a fourth curvature 18 on the third rolling raceway 12 is in turn convexly bulged educated. Due to its concave design, the second curvature 16 forms a ball groove in which the balls 13 run under rolling contact (Fig. 1). Alternatively, the third curvature is convex and the second and/or fourth curvature are concave (not shown).

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein mehrreihiges Axiallager (1) mit Wälzkörpern (5, 6, 7) und wenigstens einer Axialscheibe (8, 9), wobei die Axialscheibe (8, 9) mit zumindest einer Wälzlaufbahn (10, 11, 12) für die Wälzkörper (5, 6, 7) versehen ist, und wobei als Kugeln (13) ausgebildete erste Wälzkörper (5) und als Rollen (14) ausgebildete erste Wälzkörper (6) vorgesehen sind, wobei die Axialscheibe (8, 9) mit wenigstens einer Wölbung (15, 16, 17, 18) versehen ist. Die Axialscheibe (8, 9) weist zumindest eine erste Wälzlaufbahn (10) für Wälzkontakte mit den Kugeln (13) und eine zweite Wälzlaufbahn (11) für Kontakte mit den Rollen (14) auf, wobei sich die erste Wälzlaufbahn (10) und die zweite Wälzlaufbahn (11) geometrisch voneinander unterscheiden.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Mehrreihiges Axiallager mit gewölbter Axiallagerscheibe
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Axiallager mit Wälzkörpern und mit wenigstens einer Axialscheibe, wobei die Axialscheibe mit zumindest einer Wälzlaufbahn für die Wälzkörper versehen ist, und wobei als Kugeln ausgebildete erste Wälzkörper und als Rollen ausgebildete zweite Wälzkörper vorgesehen sind, wobei die Axialscheibe mit wenigstens einer Wölbung versehen ist.
Hintergrund der Erfindung
Ein kombiniertes Axial-Radiallager, bei dem die axiale Lagerung durch eine Reihe Rollen erfolgt und die radiale Lagerung aus einer Reihe Kugeln mit entsprechenden Abwinkelungen der Axial-Radialscheiben ausgeführt ist, geht aus der DE 89 06 246 U1 hervor.
Aus der US 2016/0010688 A1 geht ein Axiallager der Gattung hervor, dass einreihig aus einer Reihe mit Kugeln und Nadeln gebildet ist. Weiterhin geht aus der US 2016/0010688 A1 ein mehrreihiges Axiallager mit gewölbten Axialscheiben hervor, dessen einzelne Reihen mit Kugeln bestückt sind. Bei der Anwendung solcher Lager werden sich zwei Umstände zunutze gemacht. Zum einen wird sich der Umstand zunutze gemacht, dass Wälzlager mit Kugeln im Vergleich zu Wälzlagern mit Nadeln im Betrieb unter Last gewöhnlich geringe Reibungswiderstände aufweisen. Zum anderen wird sich der Umstand zunutze gemacht, dass Wälzlager mit Nadeln vergleichsweise höhere Belastungen aufnehmen können. Durch die gewölbten Laufbahnen tragen die Axiallager bei geringeren Belastungen im Wesentlichen über die Kugeln und einen sehr geringen Längenanteil der Nadeln, wodurch das Lager mit sehr geringer Reibung läuft. Unter Last federn die Axialscheiben axial ein, d.h. die Wölbung verringert sich und der Linienkontakt zwischen den Nadeln und den Wälzlaufbahnen kann bis zum Maximum hergestellt werden. Das verbessert die Tragfähigkeit des Axiallagers. Der Tragfähigkeit sind jedoch Grenzen gesetzt. Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Axiallager mit verbesserter Funktion zu schaffen, mit welchem die Tragfähigkeit erhöht und mit welchem aber nichts desto trotz die Reibung reduziert werden kann.
Die Aufgabe ist mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.
Ein Merkmal der Erfindung sieht vor, dass das Axiallager ein mehrreihiges Axiallager mit wenigstens zwei konzentrisch zu einer Zentralachse angeordneten Reihen ist. Die Axialscheibe weist wenigstens zwei sich geometrisch voneinander unterscheidende Wälzlaufbahnen auf. Jeder Wälzlaufbahn ist jeweils eine Reihe der Wälzkörper zugeordnet. Die Wälzkörper sind in einer gemeinsamen ersten Radialebene angeordnet. Daraus ergibt sich, dass die Wälzkörperreihen zumindest bei maximaler Belastung des Axiallagers hinsichtlich ihrer Wirkung zueinander parallel stützend wirken. Ein wesentliches Merkmal ist, dass sich die Wälzlaufbahnen hinsichtlich ihrer Geometrie und ihrer Lage zur Zentralachse voneinander unterscheiden. Denkbar ist auch, dass sich die Wälzlaufbahnen hinsichtlich ihrer Ausrichtung zur ersten Radialebene voneinander unterscheiden. Gemeinsam in einer Radialebene liegen heißt für die Wälzkörper, dass die Wälzkörperzentren in der Radialebene liegen. Bei den Kugeln sind die Wälzkörperzentren die Kugelmittelpunkte und bei den Rollen sind dies die einzelnen Rollensymmetrieachsen. Im zuletzt genannten Fall reicht es, wenn die Rollenachsen die erste Radialebene schneiden. In diesem Fall sind dann die Schnittpunkte die Zentren. Die erste Radialebene ist eine gedachte und senkrecht von der Zentralachse des Axiallagers durchstoßene Ebene.
Die Zentralachse der Axiallagers ist als axial ausgerichtet definiert. Radial ist dementsprechend senkrecht quer zur Rollenachse. Radialebenen sind im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Anordnung also senkrecht von der Zentralachse durchstoßen.
Rollen sind in ihrer Grundform zylinderförmige, aber auch ballige oder von der Kugelform abweichende Wälzköper, welche um eine eigene Wälzachse rotieren oder abwälzen. Der Begriff Rollen schließt in diesem Fall auch die mit einem größeren Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis als Nadeln definierten Rollen mit ein. Die Zentralachse des Axiallagers ist eine Schwenkachse oder Rotationsachse, um welche die konzentrisch zu dieser Zentralachse angeordneten Reihen des Axiallagers mit Schwenkwinkeln bis 360° schwenken oder mit Rotationswinkeln > 360° um die Zentralachse des Axiallagers rotieren.
Sowohl die Vorderseite der Axialscheibe als auch deren Rückseite sind mit Sicht von der zweiten Radialebene aus betrachtet von der zweiten Radialebene weg gerichtet.
Der Vorteil der Erfindung ergibt sich daraus, dass das Axiallager mehrreihig in paralleler Anordnung ausgeführt ist. Parallele Anordnung bedeutet, dass bei höchster Belastung die Wälzkörper aller Reihen nebeneinander liegend in Belastungsrichtung tragen. Jeder Reihe ist eine an die Belastungen, Belastungsreihenfolge und die besondere Geometrie der für diese Reihe verwendeten Wälzkörper angepasste Wälzlaufbahn zugeordnet. Dadurch können an die Betriebs- und Belastungszustände optimale Wälzverhältnisse eingestellt und die Reibung im Wälzlager reduziert werden - was den Wirkungsgrad und die Lebensdauer derartiger Axiallager optimal gestalten lässt und mit Sicht auf die verringerte Reibung dadurch weniger verbrauchte Energie die CO2 Bilanz verbessert.
Die Erfindung sieht vor, dass das Axiallager eine dritte Reihe mit in der gleichen Radialebene wie die ersten und zweiten Wälzkörper angeordneten dritten Wälzkörpern aufweist. Durch diese Maßnahme kann das Axiallager an besonders hohe Belastungen angepasst werden. Letzteres insbesondere dann, wenn, wie die Erfindung vorsieht, die dritten Wälzkörper als Rollen ausgebildet sind.
Die Rollen der dritten Reihe können die gleiche Länge und Form wie die Rollen der zweiten Reihe aufweisen sowie aus dem gleichen Material hergestellt sein, oder sich von denen hinsichtlich dieser Merkmale unterscheiden. Bei der Verwendung von gleichen Rollen ist deren Fertigung wirtschaftlicher, weil größere Losgrößen hergestellt werden können und die Kosten für Transport, Handling und Lagerhaltung vergleichsweise geringer sind als beim Einsatz voneinander abweichender Rollen.
Mit einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Wälzkörper, sowohl die Kugeln als auch Rollen alle einen gleichen Durchmesser aufweisen. Unter gleichen Durchmesser ist zu verstehen, dass die Wälzkörper das gleiche Nennmaß aufweisen, d.h. , dass sich die Durchmesser innerhalb von zulässigen Toleranzen durchaus voneinander unterscheiden können. Alternativ können die Kugeln einen anderen Durchmesser aufweisen als die Nadeln. Es ist auch vorgesehen, dass die Nadeln von Reihe zu Reihe oder sogar untereinander in einer Reihe vom Durchmesser her unterscheiden. Gleiches gilt für die Kugeln. Über die Durchmesser der Wälzkörper können zusammen mit der Geometrie der Laufbahnen bestimmte besondere Einfederungs- und Wälzcharakteristika eingestellt werden, die durch Standard-Axiallager nicht erreicht werden können.
Mit der dritten Wälzlaufbahn für die dritten Reihe ist damit positiv eine weitere Möglichkeit zur Einstellung eines angepassten Wälzverhaltens vorgesehen. Die Geometrie dieser dritten Wälzlaufbahn unterscheidet sich von der ersten Wälzlaufbahn und der zweiten Wälzlaufbahn unterscheiden.
Wie anfangs schon erwähnt, sind die drei Reihen in einer gemeinsamen Radialebene angeordnet. Daraus ergibt sich eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, nach der die zweite Reihe sich in der ersten Radialebene radial innen zu der Zentralachse des Axiallagers hin an die erste Reihe anschließt und die dritte Reihe sich in der ersten Radialebene außen von der ersten Radialebene weg sich an die erste Reihe radial anschließt.
Mit einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass sich die erste Wölbung in einem Längsschnitt entlang der Zentralachse betrachtet, über eine zweite Radialebene axial konvex gewölbt erhebt. Die Wälzlaufbahnen sind außen an der konvexen Oberfläche der Wölbung ausgebildet. Dabei ist erste Wälzlaufbahn axial weiter von dieser zweiten Radialebene entfernt als die zweite Wälzlaufbahn und/oder die erste Wälzlaufbahn. Die erste Wälzlaufbahn, welche die Wälzlaufbahn für die Kugeln ist, ist vorzugsweise an dem am weitesten von der zweiten Radialebene entfernten Umkehrpunkt von steigend zu fallend der bogenförmigen Linien der konvexen Kontur der Axialscheibe ausgebildet. Die anderen beiden Wälzlaufbahnen verlaufen demnach der ersten Wälzlaufbahn gegenüber axial in Richtung der zweiten Radialebene zurück versetzt. Der Unterschied in den axialen Abständen kann entweder durch größere Wälzkörperdurchmesser der zweiten und dritten Wälzkörper ausgeglichen werden, oder verbleibt, wie eine bevorzugte Weiterbildung vorsieht, zumindest im unbelasteten Zustand des Axialwälzlagers als ein axialer Luftspalt. Im gering belasteten Zustand läuft das Axiallager nur durch den Wälzkontakt der Kugeln stützend mit sehr geringen Reibungswiderständen und Energieverbräuchen. Bei höheren Belastungen und Einfedern der Axialscheibe wird sich der Traganteil der Rollen erhöhen und die Rollen stützen schließlich die Belastungen im Rahmen ihres vorbestimmten Wälzkontakts, so dass eine hohe Tragfähigkeit durch parallel wirkende zwei Reihen Rollen und eine Reihe Kugeln abgesichert ist.
Die Elastizität bzw. das elastische Verhalten der Axialscheibe ist optimal gestaltet, wenn die Axialscheibe an ihrer Rückseite hohl gekrümmt und zugleich elastisch nachgiebig ausgeführt ist. Dadurch kann die Axialscheibe unter Last elastisch einfedern, so dass alle Reihen zum Tragen kommen und bei Entlastung elastisch zurückfedern, so dass wieder nur die Reihe der Kugeln trägt. Dabei ist die Axialscheibe in einem beliebigen Längsschnitt entlang der Zentralachse betrachtet nach einer Ausgestaltung der Erfindung bogenförmig gekrümmt ausgeführt. Die erste Wölbung der ersten Axialscheibe gemäß der Definition des Patentanspruchs ist durch eine von der zweiten Radialebene abgewandte und von einer zweiten Radialebene axial beabstandete Vorderseite mit der wenigstens einen Wälzlaufbahn und auch durch eine der von der Vorderseite abgewandte und dabei zur zweiten Radialebene gewandte Rückseite auf gleichen radialen Höhen derart charakterisiert, dass sowohl die Vorderseite als auch die Rückseite sich über der zweiten Radialebene axial erhebenden und von der zweiten Radialebene weg in eine gemeinsame axiale Richtung konvex erhebende Verläufe aufweisen. Die Axialscheibe ist dabei vorzugsweise ein aus Blech, vorzugsweise Stahlblech, gestanztes und mit den Wälzlaufbahnen geprägtes Bauteil. Die Wandstärke der Axialscheibe kann in den beliebigen Längsschnitten gleich sein oder die Axialscheibe weist alternativ unterschiedliche Dicken auf. Die zweite Radialebene ist eine gedachte Ebene, in der die Axialscheibe sich abstützt. Dabei stützt sich die Axialscheibe vorzugsweise über den Kreislinien- einer radial außen liegenden Körperkante der Axialscheibe oder Flächenkontakt einer radial äußeren oder der kompletten Rückseite der Axialscheibe ab. Letzteres vorzugsweise bei maximaler Belastung des Axiallagers. Die Rückseite ist dabei die von den Wälzlaufbahnen abgewandte Seite der Axialscheibe, welche an einem Bauteil abgestützt ist.
Die Erfindung sieht an der ersten Wölbung weitere Vertiefungen oder Erhebungen, also Wölbungen, vor, die lokal ringförmig vorzugsweise im Bereich der Wälzlaufbahnen ausgeprägt sind. Derartige Maßnahmen lassen sich ohne zusätzlichen oder kaum merklichen zusätzlichen Aufwand auf einfache Weise in den Stanz- bzw. Prägeprozess bei der Herstellung der Axialscheibe integrieren. Durch derartige Maßnahme sind vorteilhaft weitere bestimmte besondere Einfederungsund Wälzcharakteristika einstellbar. Dabei können die lokalen Wölbungen, die vorzugsweise ballige Kreisflächen sind und konzentrisch um die Zentralachse um laufen aus der ersten Wölbung in beliebigen Längsschnitten durch die Axialscheibe entlang der Zentralachse betrachtet ballig konvex aus der ersten Wölbung hervorstehen oder ballig konkav sich in die erste Wölbung hineinwölben. Letzteres ist insbesondere an der Wälzlaufbahn für die Kugeln vorteilhaft, weil dadurch nach Art einer Kugelrille eines Kugellagers eine Schmiegung zwischen der Wälzlaufbahn und den Kugeln erzeugt wird, durch welche die Flächenpressung im Wälzkontakt verringert ist und die Tragfähigkeit der Reihe Kugeln erhöht ist.
Das Wälz- und Tragverhalten lässt sich weiterhin positiv dadurch beeinflussen, dass das Axiallager mit zwei der Axialscheiben versehen ist. Die beiden Axialscheiben sind im Interesse wirtschaftlicher Losgrößen vorzugsweise geometrisch und werkstofftechnisch als Gleichteile ausgebildet. Es ist aber auch denkbar, eine weitere Axialscheibe mit einer beliebigen geeigneten anderen Geometrie oder an unmittelbar an einem Bauteil ausgebildeten Wälzlaufbahn(en) vorzusehen.
Die Wälzkörper der einzelnen Reihen sind vorzugsweise in einem gemeinsamen Käfig geführt. Alternativ ist es auch denkbar, zwei oder drei Käfige und/oder mehrere Käfigsegmente zum Führen der Wälzkörper eingesetzt werden.
Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Figur 1 zeigt einen Ausschnitt eines längs seiner Zentralachse 19 geschnittenen Axiallagers 1 .
Figur 2 zeigt die untere Axialscheibe 8 der beiden Axialscheiben 8 und 9 des mit Figur 1 dargestellten Axiallagers 1 als Einzelteil in der mit der Darstellung nach Figur 1 vergleichbaren Ansicht.
Figur 1 - Das Axiallager 1 ist aus einer ersten Axialscheibe 8, aus einer zweiten
Axialscheibe 9, aus ersten Wälzkörpern 5, zweiten Wälzkörpern 6 und dritten Wälzkörpern 7 und aus einem Käfig 22 gebildet. Die ersten Wälzkörper 5 sind als Kugeln 13 ausgebildet. Die zweiten Wälzkörper 6 und die dritten Wälzkörper 7 sind jeweils als Rollen 14 ausgebildet. Die Rollen 14 sind Gleichteile. Die Durchmesser D der Kugeln 13 und der Rollen 14 sind alle gleich.
Die Kugeln 13 sind gemeinsam in einer ersten Reihe 2 in dem Käfig 22 geführt. Das Axiallager 1 weist zwei Reihen 3 und 4 mit den Rollen 14 auf. Die Reihen 2, 3 und 4 bzw. deren Wälzkörper 5, 6 und 7 sind konzentrisch zu der Zentralachse 19 angeordnet. Die Kugelzentren 23 der Kugeln 13 und die Rollenachsen 24 der Rollen 14 liegen im Idealfall in der ersten Radialebene L1.
Figuren 1 und 2 - Die jeweilige Axialscheibe 8 bzw. 9 ist mit zumindest den Wälzlaufbahnen 10, 11 und 12 für die Wälzkörper 5, 6 und 7 versehen. Die jeweilige erste Wälzlaufbahn 10 ist für Wälzkontakte der Kugeln 13 der ersten Reihe 2 mit der jeweiligen Axialscheibe 8 bzw. 9 vorgesehen. Die jeweilige zweite Wälzlaufbahn 11 ist für Wälzkontakte mit den Rollen 14 der zweiten Reihe 3 bestimmt. Die jeweilige dritte Wälzlaufbahn 12 ist Wälzkontakten der Rollen 14 der dritten Reihe 4 mit den Axialscheiben 8 und 9 zugeordnet. Die Axialscheiben 8 und 9 sind Gleichteile.
Figur 1 - In der Darstellung ist das Axiallager 1 nicht oder nur gering belastet, so dass nur die Kugeln 13 tragen. Zwischen den Rollen 14 und den jeweiligen sich einander gegenüberliegenden Wälzlaufbahnen 11 und 11 der zweiten Reihe 3 ist ein um die Zentralachse verlaufender und sich radial in Richtung der Zentralachse verengender Luftspalt 26 bzw. ein sich radial in Richtung der Zentralachse 19 axial erweiternder Luftspalt 27 ausgebildet.
Dargestellt ist der Idealfall, in dem, wie schon erwähnt, die Kugelzentren 23 der Kugeln 13 und die Rollenachsen 24 der Rollen 14 in der ersten Radialebene L1 liegen. Eventuell mögliche von diesem Idealfall abweichende Verlagerungen der Wälzkörper 5, 6, 7 zueinander oder axiale Durchhänge und Verkippungen der Wälzkörper 6 oder 7 im Käfig 22 und ggf. einseitige Berührungen der Rollen 14 ohne Last zu einer der Wälzlaufbahnen 11 und 12 sind in der Praxis denkbar, so dass auch einseitig Luftspalte zwischen nur der einen Wälzlaufbahn 11 bzw. 12 und der jeweiligen Rolle 14 im Wert des Doppelten von beiden Luftspalten 26 und 27 ausgebildet sein können, während zur anderen Seite die Rollen 14 z.B. unter der Wirkung der Schwerkraft in eine Richtung durchhängen und in dieser Richtung Wälzlaufbahnen 11 bzw. 12 anliegen. Figur 2 - Sowohl die erste Wälzlaufbahn 10 und die zweite Wälzlaufbahn 11 als auch die erste Wälzlaufbahn 10 und die dritte Wälzlaufbahn 12 sowie die zweite Wälzlaufbahn 11 und die dritte Wälzlaufbahn 12 unterscheiden sich geometrisch voneinander. Der Radius R3 der dritten Wälzlaufbahn 12 ist größer der Radius R1 der ersten Wälzlaufbahn 10 und der Radius R1 der ersten Wälzlaufbahn 10 ist größer als der Radius R2 der zweiten Wälzlaufbahn 11 . Der axiale Abstand A1 der ersten Wälzlaufbahn 10 von der zweiten Radialebene L2 ist der größte der Abstände A1 , A2 und A3 und größer als die axialen Abstände A2 sowie A3 der zweiten Wälzlaufbahn 11 sowie der dritten Wälzlaufbahn 12 von der zweiten Radialebene L2. Die Abstände A2 und A3 der zweiten Wälzlaufbahn 11 und der dritten Wälzlaufbahn 12 sind gleich. Die Axialscheibe 8 ist in dem Längsschnitt derart gewölbt, dass deren erste Wölbung 15 in einem Längsschnitt entlang sich über eine zweite Radialebene L2 axial bauchig mit axialer Richtung des Pfeils von dieser Radialebene L2 weg konvex gewölbt erhebt. Die zweite Radialebene L2 ist eine zur ersten Radialebene L1 parallele Ebene. In dieser Radialebene L2 ist die Axialscheibe 8 mit einer um die Zentralachse 19 umlaufenden Körperkante 25 im Einbau beispielsweise gegen ein nicht dargestelltes Bauteil abgestützt. Dargestellt und möglich ist auch, dass die radial innen liegende Körperkante 28 der Axialscheibe 8 in der gleichen Radialebene L2 alternativ in einer weiteren Radialebene (nicht dargestellt) liegt bzw. abgestützt ist. Die erste Wölbung 15 ist durch eine von der zweiten Radialebene L2 abgewandte und zu der zweiten Radialebene L2 axial beabstandete Vorderseite 20 und auch durch eine der von der Vorderseite 20 abgewandte und dabei zur zweiten Radialebene L2 gewandte Rückseite 21 derart charakterisiert, dass sowohl die Vorderseite 20 als auch die Rückseite 21 durch sich über der zweiten Radialebene L2 axial erhebende und über der zweiten Radialebene L2 weg konvex verlaufende sowie zueinander parallele Verläufe aufweisen. Der Abstand zwischen der Vorderseite 20 und der Rückseite 21 ist durch eine konstante Blechdicke der gestanzten und geprägten Axialscheibe 8 definiert. Die Vorderseite 20 weist die Wälzlaufbahnen 10, 11 und 12 auf. Die Axialscheibe 8 ist mit weiteren Wölbungen 16, 17und 18 versehen, welche partiell an der ersten Wölbung 15 ausgeformt sind. Die dritte Wölbung 17 ist aus Sicht der Radialebene L2 an der zweiten Wälzlaufbahn 11 aus der ersten Wölbung 15 konvex ausgewölbt. Eine zweite Wölbung 16 ist an der ersten Wälzlaufbahn 10 aus Sicht der Radialebene L2 konkav und eine vierte Wölbung 18 an der dritten Wälzlaufbahn 12 ist wiederrum konvex ausgewölbt ausgebildet. Die zweite Wölbung 16 bildet aufgrund ihrer konkaven Ausbildung eine Kugelrille, in welcher die Kugeln 13 unter Schmiegung im Wälzkontakt laufen (Fig. 1 ). Alternativ ist die dritte Wölbung konvex und sind die zweite und/oder vierte Wölbung konkav (nicht dargestellt) gewölbt.
Bezugszeichen
1 Axiallager
2 erste Reihe
3 zweite Reihe
4 dritte Reihe
5 erste Wälzkörper
6 zweite Wälzkörper
7 dritte Wälzkörper
8 erste Axialscheibe
9 zweite Axialscheibe
10 erste Wälzlaufbahn
11 zweite Wälzlaufbahn
12 dritte Wälzlaufbahn
13 Kugel
14 Rolle
15 erste Wölbung
16 zweite Wölbung
17 dritte Wölbung
18 vierte Wölbung
19 Zentralachse des Axiallagers
20 Vorderseite der ersten Axialscheibe
21 Rückseite der ersten Axialscheibe
22 Käfig
23 Kugelzentrum
24 Rollenachse
25 Körperkante
26 Luftspalt
27 Luftspalt
28 Körperkante
A1 axialer Abstand der ersten Wälzlaufbahn
A2 axialer Abstand der zweiten Wälzlaufbahn
A3 axialer Abstand der dritten Wälzlaufbahn D Durchmesser
L1 erste Radialebene
L2 zweite Radialebene
R1 erster Radius R2 erster Radius

Claims

Patentansprüche Axiallager (1 ) mit Wälzkörpern (5, 6, 7) und wenigstens einer Axialscheibe (8, 9), wobei die Axialscheibe (8, 9) mit zumindest einer Wälzlaufbahn (10, 11 , 12) für die Wälzkörper (5, 6, 7) versehen ist, und wobei als Kugeln (13) ausgebildete erste Wälzkörper (5) und als Rollen (14) ausgebildete zweite Wälzkörper (6) vorgesehen sind, wobei die Axialscheibe (8, 9) mit wenigstens einer Wölbung (15, 16, 17, 18) versehen ist, wobei das Axiallager ein mehrreihiges Axiallager (1 ) mit wenigstens zwei konzentrisch zu einer Zentralachse (19) angeordneten Reihen (2, 3, 4) und gemeinsam in einer ersten Radialebene (L1 ) angeordneten der Wälzkörper (5, 6, 7) ist und, wobei der Axialscheibe (8, 9) zumindest eine erste Wälzlaufbahn (10) der Wälzlaufbahnen (10, 11 , 12) einer ersten Reihe (2) für Wälzkontakte mit den Kugeln (13) und eine zweite Wälzlaufbahn (11 ) der Wälzlaufbahnen (10, 11 , 12) einer zweiten Reihe (3) für Wälzkontakte von Wälzkörpern (5, 6, 7) der Wälzkörper (5, 6, 7) zugeordnet ist, wobei das Axiallager (1 ) eine dritte Reihe (4) mit in der Radialebene (L1 ) angeordneten dritten Wälzkörpern (7) aufweist, wobei eine dritte Wälzlaufbahn (12) der Wälzlaufbahnen (10, 11 , 12) der dritten Reihe (4) für Wälzkontakte mit den dritten Wälzkörpern (7) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Wälzlaufbahn (11 ) der zweiten Reihe (3) für Kontakte mit den als Rollen (14) ausgebildeten zweiten Wälzkörpern (6) zugeordnet ist und dass die dritten Wälzkörper (7) der dritten Reihe (4) als Rollen (14) ausgebildet sind, und dass sich die erste Wälzlaufbahn (10) und die zweite Wälzlaufbahn (11 ) geometrisch voneinander unterscheiden und dass sich die dritte Wälzlaufbahn (12) geometrisch von der ersten Wälzlaufbahn (10) und der zweiten Wälzlaufbahn (11 ) unterscheidet und dass die erste Axialscheibe (8) mit weiteren Wölbungen (16, 17, 18) versehen ist, wobei eine zweite Wölbung (16) der Wölbungen (16, 17, 18) zumindest an der ersten Wälzlaufbahn (10) und eine dritte Wölbung (17) an der zweiten Wälzlaufbahn (11 ) und eine vierte Wölbung (18) an einer dritten Wälzlaufbahn (12) ausgebildet ist. Axiallager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Wälzkörper (5) und die zweiten Wälzkörper (6) und die dritten Wälzkörper (7) die gleichen Durchmesser (D) aufweisen. Axiallager nach Anspruch loder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Wälzkörper (6) und die dritten Wälzkörper (7) geometrisch gleich ausgebildet sind. Axiallager (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Reihe (3) sich in der ersten Radialebene (L1 ) radial innen zu der Zentralachse (19) des Axiallagers (1 ) hin anschließt und die dritte Reihe (4) sich in der ersten Radialebene (L1 ) außen von der Zentralachse (19) weg sich an die erste Reihe (2) radial anschließt. Axiallager (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die erste Wölbung (15) in einem Längsschnitt entlang der Zentralachse (19) betrachtet, über einer zweiten Radialebene (L2) axial konvex gewölbt erhebt und in Richtung der zweiten Radialebene (L2) elastisch nachgiebig ausgebildet ist, wobei die erste Wälzlaufbahn (10) axial weiter von der zweiten Radialebene (L2) entfernt ist als die zweite Wälzlaufbahn (11 ) und/oder die erste Wälzlaufbahn (10) axial weiter von der zweiten Radialebene (L2) entfernt ist als die dritte Wälzlaufbahn (12). Axiallager (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wölbung (15) durch eine von der zweiten Radialebene (L2) abgewandte und zu der zweiten Radialebene (L2) axial beabstandete Vorderseite (20) mit der wenigstens einen Wälzlaufbahn (10, 11 , 12) und auch durch eine der von der Vorderseite (20) abgewandte und dabei zur zweiten Radialebene (L2) gewandte Rückseite (21 ) derart charakterisiert ist, dass sowohl die Vorderseite (20) als auch die Rückseite (21 ) einen sich über der zweiten Radialebene (L2) axial erhebenden und von der zweiten Radialebene (L2) weg konvex erhebende Verläufe aufweisen. Axiallager (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Axiallager (1 ) die erste Axialscheibe (8) und mindestens eine zweite Axialscheibe (9) aufweist, wobei wenigstens eine Reihe (2, 3, 4) der Wälzkörper (5, 6, 7) axial zwischen den sich axial einander gegenüberliegenden Axialscheiben (8, 9) angeordnet sind. Axiallager (1 ) nach Anspruch7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Axialscheibe (8) und die zweite Axialscheibe (9) zueinander geometrisch identisch ausgebildet sind. Axiallager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass alle der Wälzkörper (5, 6, 7) in einem gemeinsamen Käfig (22) angeordnet sind.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE8906246U1 (de) 1989-05-20 1990-02-15 INA Wälzlager Schaeffler KG, 8522 Herzogenaurach Axial-Radialwälzlager
JP2003063288A (ja) * 2001-08-23 2003-03-05 Toyota Auto Body Co Ltd 車両用シートの回転装置
US20160010688A1 (en) 2014-07-10 2016-01-14 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Low friction multi stage thrust bearing

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