DE102006059186A1

DE102006059186A1 - Einstelllager

Info

Publication number: DE102006059186A1
Application number: DE200610059186
Authority: DE
Inventors: Rainer Dipl.-Ing. Eidloth (FH); Ludwig Winkelmann
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-12-15
Filing date: 2006-12-15
Publication date: 2008-06-19
Also published as: WO2008071735A3; WO2008071735A2

Abstract

Die Erfindung betrifft Einstelllager (1) mit einem Innenring (5) und einem Außenring (6) und dazwischen angeordneten Wälzkörpern. Um mit dem Einstelllager (1) höhere Kräfte über einen weiteren Drehzahlbereich aufnehmen zu können, sind die Wälzkörper als Kugelrollen (2) mit jeweils zwei symmetrisch von einer Kugelform abgeflachten sowie parallel zueinander angeordnten Seitenflächen (8, 9) ausgebildet.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Einstelllager mit einem Innenring und einem Außenring sowie dazwischen angeordneten Wälzkörpern.
Hintergrund der Erfindung
Es ist allgemein bekannt, dass zur Lagerung beispielsweise einer drehbaren Welle Wälzlager verwendet werden. Diese umfassen einen Innenring, der verdrehfest mit der Achse verbunden sein kann, sowie einen Außenring, der seinerseits verdrehfest an weiteren Bauteilen angeordnet sein kann. Um ein möglichst reibungsarmes Drehen des drehbaren Bauteils zu ermöglichen sind zwischen Innen- und Außenring Wälzkörper angeordnet, die in an sich bekannter Weise zur Aufrechterhaltung der gegenseitigen Abstände sowie zur Führung in einem Wälzlagerkäfig angeordnet sind. Gegebenenfalls können zur Verringerung der Reibung noch Schmiermittel vorgesehen sein.
Treten beispielsweise aufgrund schwieriger Einbauverhältnisse des Wälzlagers oder während des Betriebs größere Abweichungen von der exakten Ausrich tung des drehbaren Bauteils auf, werden bevorzugt dem Fachmann bekannte Einstelllager verwendet, mit denen bis zu 15° Abweichung von der exakten Ausrichtung kompensiert werden können. Ein solches Einstelllager mit Kugeln als Wälzkörper ist beispielsweise aus der DD 297 213 A5 bekannt, das zusätzlich beidseitig abgedichtet ist. Zur Nachschmierung dieses Einstelllagers sind in den Dichtelementen des Einstelllagers Schmierkanäle ausgebildet.
Als Wälzkörper für derartige Einstelllager werden neben Kugeln auch Tonnenrollen oder zylindrische Wälzkörper verwendet. Hierbei hat es sich als nachteilig erwiesen, dass beispielsweise Tonnenrollen einen erheblichen Fertigungsaufwand erfordern und bauartbedingt nur für einen begrenzten Drehzahlbereich einsetzbar sind sowie hohe Reibungsverluste aufweisen. Weiterhin erfordern runde Kugeln aufgrund ihrer Geometrie eine vergleichsweise große axiale Breite des gesamten Lagers, um die zu übertragenden Kräfte aufnehmen zu können.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Einstelllager zu schaffen, das sowohl hohen mechanischen Beanspruchungen standhält als auch für große Drehzahlbereiche eingesetzt werden kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass unter Verwendung von symmetrisch abgeflachten Kugelrollen bzw. Kugelscheiben ein an sich bekanntes Einstelllager mit wesentlich verbesserten Dauerlaufeigenschaften und einem vergrößerten nutzbaren Drehzahlbereich realisierbar ist.
Die Erfindung geht daher aus von einem Einstelllager mit einem Innenring und einem Außenring sowie dazwischen angeordneten Wälzkörpern. Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Wälzkörper als Kugelrollen bzw. Kugelscheiben mit jeweils zwei symmetrisch von einer Kugelform abgeflachten sowie parallel zueinander angeordneten Seitenflächen ausgebildet sind.
Mit dieser Ausgestaltung ist aufgrund der vergleichsweise geringeren Breite der Kugelrollen oder Kugelscheiben ein größerer Durchmesser der Wälzkörper insbesondere gegenüber runden Einstellkugellagern realisierbar, ohne dass dadurch die axiale Breite des Einstelllagers zunimmt. Derartige Kugelrollen können aus entsprechenden Metallen für eine ausreichende Verschleißfestigkeit mit guter Präzision hergestellt werden. Somit kann der vorhandene Einbauraum effektiver als bei bekannten Einstelllagern ausgenutzt werden.
Weiterhin hat sich gezeigt, dass ein solches Einstelllager über eine höhere Steifigkeit bzw. Tragfähigkeit gegenüber einem Einstelllager mit runden Wälzkörpern verfügt.
Derartige erfindungsgemäße Einstelllager können aufgrund der Geometrie ihrer Wälzkörper auch vergleichsweise große Axialkräfte, also Kräfte in Richtung der Drehachse des Einstelllagers, aufnehmen. Somit können die kugelrollenförmigen Wälzkörper entweder mit einer größeren Dichte oder einem höheren Füllgrad im Einstelllager angeordnet sein, oder bei gleicher Anzahl der Wälzkörper kann mehr Schmiermittel, beispielsweise Schmierfett, in das Einstelllager eingebracht werden, welches dessen Gebrauchsdauer verlängert.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass das Einstelllager mehrreihig, beispielsweise dreireihig ausgeführt ist, um größere Kräfte bei einer Verbesserung der Laufruhe des Einstelllagers aufnehmen zu können.
Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schmiegung, also der Quotient zwischen einem Laufbahnradius der zugeordneten Lagerlaufbahn und dem jeweiligen Kugelrollennenndurchmesser bei vorzugsweise 104% liegt, um derart die Kugelrollen beim Abwälzen auf der Laufbahn des Innenrings bzw. des Außenrings stets selbsttätig zur Mitte der Laufbahn hin zu führen. Prinzipiell kann von diesem Wert je nach Anforderungen an das Einstelllager auch abgewichen werden. Ein Schmiegungsbereich von 100% bis 120% erscheint sinnvoll.
Weiterhin können die Kugelrollen am Innenring jeweils axial außen an einem Innenringbord geführt sein. Bei einem dreireihigen Einstelliger gemäß der Erfindung sind die axial äußeren Kugelrollen über jeweils einen solchen Bord am Innenring axial außen abgestützt. Somit ist eine Führung der Kugelrollen in axialer Richtung des Einstelllagers gewährleistet.
Nach einem weiteren Merkmal weist ein gemeinsamer Außenring eines erfindungsgemäßen Einstelllagers eine sphärische Laufbahngeometrie auf, deren geometrisches Zentrum mit den Schnittpunkten der Laufbahnwinkel des Innenrings auf der Drehachse des Lagers zusammenfällt. Somit kann eine Einstellung des Einstelllagers beispielsweise bis zu 15° abweichend von der Drehachse erreicht werden.
Bei einer dreireihigen Ausgestaltung des Einstelllagers sind die Kugelkäfige zur Führung der Kugelrollen vorzugsweise derart ausgebildet, dass Käfigborde der axial äußeren Kugelrollenreihen die Käfigborde der mittleren Kugelrollenreihe radial untergreifen, um eine möglichst Platz sparende Bauweise zu erhalten. Vorzugsweise sind die Kugelkäfige in Kunststoff ausgeführt. In einer anderen Bauform übergreifen die Käfigborde der mittleren Kugelrollenreihe die Käfigborde der axial äußeren Kugelrollenreihe.
Weiterhin kann eine Abdichtungseinrichtung am erfindungsgemäßen Einstelllager vorhanden sein, um das Austreten von Schmiermittel aus dem Einstelllager zu vermeiden.
Zur weiteren Verringerung des benötigten Einbauraums können zwei Kugelrollen auch unmittelbar axial aneinander anliegend in einem Kugel-Kammkäfig im Einstelllager angeordnet sein. Dies wird auch als back-to-back-Anordnung bezeichnet.
Schließlich können in einem Einstelllager auch Kugelrollen unterschiedlichen Durchmessers vorhanden sein, wobei in einer Reihe größere Kugelrollen und axial benachbart dazu in einer weiteren Reihe Kugelrollen geringeren Durch messers angeordnet sind. Zur Führung der Kugelrollen mit unterschiedlichem Durchmesser dienen Fensterkäfige. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass das Einstelllager vergleichsweise große Axialkräfte aufnehmen kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen durch mehrere Ausführungsbeispiele näher erläutert. Darin zeigen:
1 ein zweireihiges Einstelllager in einem teilweisen schematischen Längsschnitt,
2 ein dreireihiges Einstelllager dargestellt wie in 1,
3 ein zweireihiges Einstelllager mit axial aneinander anliegenden Kugelrollen, und
4 ein zweireihiges Einstelllager mit unterschiedlichen Kugelrollendurchmessern.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Das in 1 dargestellte Einstelllager 1 weist einen Innenring 5 und einen Außenring 6 auf. Die Drehbeweglichkeit des Einstelllagers 1 ist durch die Drehachse 7 mit dem Doppelpfeil für die Drehbewegung angedeutet. Zur Drehbeweglichkeit des Einstelllagers 1 dienen Wälzkörper, die als Kugelrollen 2 mit jeweils zwei symmetrisch von der Kugelform abgeflachten sowie parallel zueinander angeordneten Seitenflächen 8, 9 ausgebildet sind. Somit haben die Kugelrollen 2 die Form einer Kugelscheibe. Mit einer solchen Geometrie der Kugelrollen 2 ist es möglich, die Kugelrollen 2 im Einstelllager 1 entweder mit geringeren axialen Abständen zueinander anzuordnen oder bei gleichem Abstand mehr zusätzlichen Schmierstoff in das Einstelllager einzubringen. Außer dem können die kugelrollenförmigen Wälzkörper bei gleicher Lagerbreite im Vergleich zu kugelförmigen Wälzkörpern einen größeren Durchmesser aufweisen. Schließlich können als Kugelrollenlager ausgebildete Einstelllager 1 größere axiale Kräfte aufnehmen und in einem größeren Drehzahlbereich eingesetzt werden. Das Schmiegungsverhältnis liegt, wie eingangs ausgeführt, bevorzugt bei 104%. Zur Verbesserung der axialen Führung der Kugelrollen 2 können jeweils axial außen zugeordnete Innenringborde 4 am Innenring 5 vorgesehen sein, wobei die Geometrie dieser Innenringborde 4 derart an die äußere Form der Kugelrollen 2 angepasst ist, dass deren Beweglichkeit bei geringer Reibung gewährleistet ist. Es versteht sich in Kenntnis der Erfindung von selbst, dass die Kugelkäfige 19, die vorzugsweise aus Kunststoff bestehen, zur Aufnahme der Kugelrollen 2 entsprechend geformt sind. Die Laufbahn 23 des gemeinsamen Außenrings 6 ist sphärisch geformt, wobei deren geometrisches Zentrum, wie durch die Radien 24 angedeutet ist, mit den Schnittpunkten der Laufbahnwinkel des Innenrings 5 auf der Achse 7 des Einstelllagers 1 zusammenfällt. Somit kann das Einstelllager 1 auf Abweichungen von beispielsweise 15° angepasst werden.
In 2 ist ein dreireihiges Einstelllager 10 mit Kugelrollen 11 dargestellt. Die Kugelrollen 11 sind mit Kugelkäfigen 12, 13 und 14 geführt, wobei Käfigborde 15 und 16 der äußeren beiden Wälzkörper-Reihen 25, 27 die Käfigborde 17 und 18 der mittleren Kugelrollenreihe 26 radial untergreifen, also radial innen angeordnet sind. Außerdem sind die genannten Käfigborde 15, 16, 17, 18 im Kontaktbereich der Stirnseiten oder Seitenflächen 8, 9 der Kugelrollen 11 im Wesentlichen in Axialrichtung gewölbt ausgebildet, um die erforderliche Bewegungsfreiheit der Kugelrollen 11 zu gewährleisten sowie die strinseitige Reibung an den Kugelrollen 11 zu reduzieren. Auch die Form der Innenringborde 4 ist an die drei Reihen 25, 26, 27 der Kugelrollen 11 angepasst. Ein solches dreireihiges Einstelllager 10 gemäß 1 kann über einen weiten Drehzahlbereich problemlos betrieben werden. Zudem kann der vorhandene Einbauraum zwischen Innenring 5 und Außenring 6 durch die geringe Beabstandung der Kugelrollen 11 optimal ausgenutzt werden.
In 3 ist ein Einstelllager 20 abgebildet, welches durch die geneigte Anordnung der Kugelrollen 21 dazu in der Lage ist, vergleichsweise große Axialkräfte aufzunehmen und zumindest in begrenztem Umfang auch Winkelfehler ausgleichen kann, die durch Toleranzen beim Einbau oder während des Betriebs des Einstelllagers 20 entstehen. Das Einstelllager 20 weist einen Druckwinkelbereich von 40° auf und ist axial seitlich mit jeweils einer an sich bekannten Abdichtung 35, 36 versehen, die aus einer Metallscheibe besteht, an der Dichtlippen aus einem elastischem Material angeformt sind. Die Kugelrollen 21 sind hier axial unmittelbar aneinander anliegend angeordnet. Dies bedeutet, dass sich die einander zugewandten Seitenflächen 8, 9 von zwei benachbarten Kugelrollen 21 berühren. Eine solche Anordnung wird auch als Back to Back-Anordnung bezeichnet. Mit der Einsparung des Teils eines entsprechend ausgebildeten Kamm-Käfigs 22 zwischen den Kugelrollen 21 kann das Einstelllager 20 kostengünstig hergestellt werden. Zudem können besonders in axialer Richtung große Kräfte aufgenommen werden.
Eine dazu abgewandelte Ausführungsform des Einstelllagers 30 ist in 4 abgebildet. Dabei verfügen die Kugelrollen 31, 32 der beiden Reihen 28, 29 des Einstelllagers 30 jeweils über unterschiedliche Durchmesser, um ebenfalls eine extrem tragfähige Lagerung für vergleichsweise hohe Axialkraftkomponenten bei sehr kurzer Lagerbreite zu gewährleisten. Hierbei sind die Kugelrollen 31, 32 in entsprechend ausgebildeten Fensterkäfigen 33, 34 geführt, die zumindest teilweise ballige Kontaktflächen 37 zu den Kugelrollen 32 aufweisen.

1: Einstelllager
2: Kugelrolle
3: Laufbahn
4: Innenringbord
5: Innenring
6: Außenring
7: Achse
8: Seitenfläche
9: Seitenfläche
10: Dreireihiges Einstelllager
11: Kugelrolle
12: Kugelkäfig
13: Kugelkäfig
14: Kugelkäfig
15: Käfigbord
16: Käfigbord
17: Käfigbord
18: Käfigbord
19: Kugelkäfig
20: Zweireihiges Einstelllager
21: Kugelrolle
22: Kammkäfig
23: Laufbahn
24: Radius
25: Äußere Reihe
26: Innere Reihe
27: Äußere Reihe
28: Reihe mit großen Kugelrollen
29: Reihe mit kleinen Kugelrollen
30: Einstelllager
31: Kugelrolle
32: Kugelrolle
33: Fensterkäfig
34: Fensterkäfig
35: Abdichtung
36: Abdichtung
37: Kontaktfläche

Claims

Einstelllager (1, 10, 20, 33) mit einem Innenring (5) und einem Außenring (6) sowie dazwischen angeordneten Wälzkörpern, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper als Kugelrollen (2, 11, 21) mit jeweils zwei symmetrisch von einer Kugelform abgeflachten sowie parallel zueinander angeordneten Seitenflächen (8, 9) ausgebildet sind.
Einstelllager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstelllager (1) mit drei Reihen (25, 26, 27) von Kugelrollen ausgeführt ist.
Einstelllager (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schmiegeverhältnis von 100% bis 120%, oder von 104% vorgesehen ist.
Einstelllager (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelrollen (2, 11) am Innenring (5) axial an einem Innenringbord (4) geführt sind.
Einstelllager (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine gemeinsame Laufbahn (23) am Außenring (6) eine sphärische Laufbahngeometrie aufweist, deren geometrisches Zentrum mit den Schnittpunkten der Laufbahnwinkel des Innenrings (5) auf der Achse (7) des Einstelllagers (1) zusammenfällt.
Einstelllager (10) nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Käfigborde (15, 16) der äußeren Kugelrollenreihen (25, 27) Käfigborde (17, 18) der mittleren Kugelrollenreihe (26) radial Untergreifen oder radial übergreifen.
Einstelllager (20) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abdichtung (35, 36) vorhanden ist.
Einstelllager (20) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Kugelrollen (21) axial unmittelbar aneinander anliegend in einem Kamm-Käfig (22) angeordnet sind.
Einstelllager (30) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Kugelrollen (31, 32) mit unterschiedlichen Durchmessern in einem Fensterkäfig (33, 34) angeordnet sind.