DE102008037075A1

DE102008037075A1 - Kugelrollenlager, insbesondere zur Aufnahme einseitig höhere Axialkräfte, sowie Verfahren zur Montage eines solchen Kugelrollenlagers

Info

Publication number: DE102008037075A1
Application number: DE102008037075A
Authority: DE
Inventors: Andreas Bohr; Horst DÖPPLING; Heinrich Hofmann; Ernst Masur
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-08-08
Filing date: 2008-08-08
Publication date: 2010-02-11
Also published as: WO2010015476A3; WO2010015476A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kugelrollenlager (1) sowie ein Verfahren zu dessen Montage, welches Kugelrollenlager (1) im Wesentlichen aus einem äußeren Lagerring (2) und einem inneren Lagerring (3) sowie aus einer Vielzahl zwischen diesen Lagerringen (2, 3) angeordneter Kugelrollen (4) besteht, die jeweils zwei symmetrisch von einer Kugelgrundform abgeflachte Seitenflächen (5, 6) aufweisen und in Umfangsrichtung durch einen Fensterkäfig (7) in gleichmäßigen Abständen zueinander gehalten werden, dessen Käfigtaschen (8) jeweils die Gesamtkontur einer längs und einer quer zur Umfangsrichtung angeordneten Querschnittskontur (9, 10) einer Kugelrolle (4) aufweisen. Dabei weisen die Kugelrollen (4) eine Breite (bK) von etwa 70% des Durchmessers (dK) ihrer Kugelgrundform auf und rollen mit ihren Laufflächen (11) in zwei in den äußeren Lagerring (2) und in den inneren Lagerring (3) eingearbeitete rillenförmigen Laufbahnen (12, 13) ab, welche axial durch jeweils zwei Borde (14, 15, 16, 17) begrenzt werden, deren radiale Höhe derart ausgebildet ist, dass der radiale Abstand (SR, SL) zwischen den Borden (14, 15) am äußeren Lagerring (2) und den Borden (16, 17) am inneren Lagerring (3) kleiner als die Breite (bK) der Kugelrollen (4) ist. Erfindungsgemäß ist der zur Aufnahme der geringeren Axialkräfte vorgesehene Bord (14 oder 15) am äußeren Lagerring (2) radial derart höhenreduziert ausgebildet, dass dessen Innendurchmesser (DI) größer als der Außendurchmesser (DA) ...

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Kugelrollenlager mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Montage eines solchen Kugelrollenlagers mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 9, und sie ist insbesondere vorteilhaft an von einer Seite mit höheren Axialkräften belasteten Kugelrollenlagern, wie beispielsweise an einem als Festlager für die An- und Abtriebswelle eines Kfz-Schaltgetriebes ausgebildeten Kugelrollenlager, einsetzbar.
Hintergrund der Erfindung
Aus der zum Zeitpunkt der vorliegenden Patentanmeldung noch nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen 10 2008 016 977.3 ist ein Kugelrollenlager sowie ein Verfahren zu dessen Montage bekannt, welches im Wesentlichen aus einem äußeren Lagerring und einem inneren Lagerring sowie aus einer Vielzahl zwischen diesen Lagerringen angeordneter Kugelrollen besteht, die jeweils zwei symmetrisch von einer Kugelgrund form abgeflachte, parallel zueinander angeordnete Seitenflächen aufweisen und in Umfangsrichtung durch einen Fensterkäfig in gleichmäßigen Abständen zueinander gehalten werden, dessen einzelne Käfigtaschen jeweils die integrierte Gesamtkontur einer längs und einer quer zur Umfangsrichtung angeordneten Querschnittskontur einer Kugelrolle aufweisen. Die längs zur Umfangsrichtung angeordnete Querschnittskontur der Käfigtaschen entspricht dabei der Form einer oberhalb der Querachse einer Kugelrolle angeordneten Schnittebene, während die quer zur Umfangsrichtung angeordnete Querschnittskontur der Käfigtaschen die Form einer direkt auf der Querachse einer Kugelrolle angeordneten Schnittebene aufweist.
Darüber hinaus weisen die Kugelrollen zwischen ihren Seitenflächen eine Breite von etwa 70% des Durchmessers ihrer Kugelgrundform auf und rollen mit ihren Laufflächen in zwei in die Innenseite des äußeren Lagerrings und in die Außenseite des inneren Lagerrings eingearbeitete rillenförmigen Laufbahnen ab, welche axial durch jeweils zwei Borde begrenzt werden. Die radiale Höhe dieser Borde ist dabei derart ausgebildet, dass der radiale Abstand zwischen den Borden am äußeren Lagerring und den Borden am inneren Lagerring kleiner als die Breite der Kugelrollen ist, so dass die Kugelrollen ähnlich wie die Kugeln von Rillenkugellagern zwar in sehr tiefen Laufbahnen abrollen, aber nicht mehr mit dem für Kugelrollenlager üblichen und beispielsweise durch die DE 43 34 195 A1 bekannten Axialmontageverfahren in das Kugelrollenlager eingefüllt werden können.
Zur Montage eines solchen Kugelrollenlagers wurde deshalb durch die genannte Patentanmeldung ein Verfahren vorgeschlagen, bei welchem der innere Lagerring und der Lagerkäfig des Kugelrollenlagers zunächst in konzentrischer Stellung zueinander auf einer gemeinsamen Ebene angeordnet werden und anschließend die Kugelrollen in einer um 90° zu deren Betriebstellung verdrehten Stellung durch die Käfigtaschen des Lagerkäfigs hindurch in die Laufbahn des inneren Lagerrings eingefügt werden. Danach erfolgt ein Verschwenken der Kugelrollen innerhalb der Käfigtaschen um deren Querachse um 90° in eine liegende Stellung derart, dass deren Seitenflächen parallel zur Lagerlängs achse angeordnet sind, sowie das Einsetzen des inneren Lagerrings zusammen mit dem Lagerkäfig und den Kugelrollen in einer um 90° zum äußeren Lagerring verdrehten Stellung in den äußeren Lagerring. Anschließend werden die dann einerseits und andererseits des äußeren Lagerrings angeordneten Kugelrollen innerhalb der Laufbahn des inneren Lagerrings jeweils entgegengesetzt zu einer der Seitenflächen des inneren Lagerrings in eine schräg angestellte Stellung verkippt und der innere Lagerring zusammen mit dem Lagerkäfig und den Kugelrollen, voran mit den Seitenflächen des inneren Lagerrings, zu denen die Kugelrollen angestellt sind, um deren gemeinsame Lagerquerachse in den äußeren Lagerring verschwenkt. Der erste Teil der aus dem inneren Lagerring, dem Lagerkäfig und den Kugelrollen bestehenden Baueinheit wird dann zunächst unter Herstellung eines geringen radialen Versatzes zum äußeren Lagerring in den äußeren Lagerring eingeschwenkt, während des verbleibende Teil der Baueinheit unter nachfolgendem Absenken des bereits eingeschwenkten Teils des inneren Lagerrings in den äußeren Lagerring eingeschwenkt wird. Zum Schluss wird der äußere Lagerring in eine Drehbewegung mit einer Drehzahl versetzt, bei der die Kugelrollen sich selbsttätig durch Eigenrotation und durch Fliehkraft in ihre Betriebsstellung innerhalb der Laufbahnen der Lagerringe aufrichten und abschließend werden die Käfigborde des Lagerkäfigs in Richtung der Seitenflächen der Kugelrollen umgebördelt, um eine Führung zur Vermeidung eines Quertaumelns der Kugelrollen herzustellen.
Aufgabe der Erfindung
Da das aus dem Stand der Technik bekannte Kugelrollenlager zur Aufnahme gleich hoher Kräfte von beiden Axialseiten konzipiert ist, die Lager in Getriebeanwendungen jedoch zumeist von einer Axialseite höher als von der anderen Axialseite belastet werden, liegt der Erfindung somit die Aufgabe zu Grunde, das bekannte Kugelrollenlager sowie dessen Montageverfahren dahingehend zu verbessern, dass es zur Aufnahme einseitig höherer Axialkräfte geeignet und dabei einfacher und kostengünstiger herstell- und montierbar ist.
Beschreibung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe zum einen bei einem Kugelrollenlager mit den Merkmalen des Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass der in der Lageranwendung zur Aufnahme der geringeren Axialkräfte vorgesehene Bord am äußeren Lagerring radial derart höhenreduziert ausgebildet ist, dass dessen Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser einer aus dem inneren Lagerring, dem Fensterkäfig und den Kugelrollen bestehenden vormontierten Baueinheit ist.
Der Erfindung liegt somit die Erkenntnis zu Grunde, dass zumindest der zur Aufnahme der geringeren Axialkräfte vorgesehene Bord am äußeren Lagerring ohne Funktionseinschränkungen des Kugelrollenlagers in Getriebeanwendungen mit einer geringeren Höhe ausgebildet werden kann, um damit die Fertigungs- und Materialkosten für ein solches Kugelrollenlager senken zu können. Gleichzeitig trägt der vergrößerte Innendurchmesser des höhenreduzierten Bordes am äußeren Lagerring dazu bei, dass die Montage eines derartigen Kugelrollenlagers gegenüber dem im Stand der Technik beschriebenen Kugelrollenlager wesentlich vereinfacht und damit ebenfalls kostengünstiger gestaltet werden kann.
Bevorzugte Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kugelrollenlagers werden in den Unteransprüchen beschrieben.
Danach ist es gemäß den Ansprüchen 2 und 3 bei dem erfindungsgemäßen Kugelrollenlager vorgesehen, dass die Tiefe der Laufbahn im äußeren Lagerring gegenüber dem höhenreduzierten Bord etwa 14% und deren Tiefe gegenüber dem nicht höhenreduzierten Bord etwa 21% des Durchmessers der Kugelgrundform der Kugelrollen beträgt, während die Tiefe der Laufbahn im inneren Lagerring gegenüber den beiden diese Laufbahn begrenzenden Borden etwa 27% des Durchmessers der Kugelgrundform der Kugelrollen beträgt. Die Ausbildung der Laufbahnen in den Lagerringen mit derartigen Abmessungen entspricht dabei in etwa den bei herkömmlichen Rillenkugellagern bewährten Erfahrungswerten und gewährleistet, dass die Kugelrollen abhängig von der Radiallagerluft auch bei einer zulässigen Schiefstellung des Lagers von 8 bis 16 Winkelminuten aus der Mittellage einen hohen Schmiegungsgrad zu ihren Laufbahnen aufweisen und das Lager somit die volle Tragfähigkeit behält.
Nach den Ansprüchen 4 und 5 zeichnet sich das erfindungsgemäß ausgebildete Kugelrollenlager darüber hinaus noch dadurch aus, dass der Abstand zwischen dem höhenreduzierten Bord am äußeren Lagerring und dem gegenüberliegenden Bord am inneren Lagerring etwa 59% des Durchmessers der Kugelgrundform der Kugelrollen beträgt, während der Abstand zwischen dem nicht höhenreduzierten Bord am äußeren Lagerring und dem radial gegenüberliegenden Bord am inneren Lagerring nur etwa 52% des Durchmessers der Kugelgrundform der Kugelrollen beträgt. Da die Kugelrollen zwischen ihren Seitenflächen einen Abstand von 70% des Durchmessers der Kugelgrundform der Kugelrollen aufweisen, ist es somit auch nicht möglich, diese von der Axialseite mit dem größeren Abstand her zwischen den Borden hindurch axial in das Lager einzuführen. Jedoch gewährleisten die durch die genannten Abstände ausreichend tiefen Laufbahnen der Kugelrollen und deren hohe Borde, dass die Kugelrollen eine die radiale Tragfähigkeit des Lagers erhöhende große Kontaktfläche zu ihren Laufbahnen aufweisen und dass das Kugelrollenlager eine zumindest einseitig sehr hohe axiale Belastbarkeit aufweist.
Ein weiteres Merkmal des erfindungsgemäß ausgebildeten Kugelrollenlagers ist es nach Anspruch 6, dass der Fensterkäfig zunächst einen U-förmigen Profilquerschnitt aufweist, dessen seitliche Profilschenkel als Käfigborde zur Vermeidung eines Quertaumelns der Kugelrollen vorgesehen sind. Dabei weisen die Käfigborde bevorzugt eine solche Länge auf, dass deren Endkanten nach einem die Lagermontage abschließenden Einbördeln zu den Kugelrollen hin etwa auf Höhe des Teilkreises des Kugelrollenlagers angeordnet sind aber nicht mit den Kugelrollen in Kontakt stehen. Die somit durch die Käfigborde gebildete axiale Führung der Kugelrollen hat sich dabei deshalb als vorteilhaft erwiesen, da die Kugelrollen bei höheren Drehzahlen und gleichmäßiger Last aufgrund des eintretenden Kreiseleffektes zwar ohne Schränkbewegungen stabil in ihren Laufbahnen laufen und keine axiale Führung durch einen Lagerkäfig benötigen, aber beim Lageranlauf bzw. bei einer Lagerdrehzahl unterhalb einer zulässigen Mindestdrehzahl oder bei ruckartiger hoher Beschleunigung insbesondere in der lastfreien Zone des Lagers einen so genannten Taumeleffekt aufweisen, bei dem die Kugelrollen dazu neigen, in ihren Laufbahnen quer zur Laufrichtung wellenförmig abzurollen. Gleichzeitig gestattet eine solche Ausbildung der Käfigborde eine selbsttätige Druckwinkeleinstellung der Kugelrollen innerhalb ihrer Laufbahnen von bis zu 25° zu der höher belasteten Axialseite des Kugelrollenlagers hin.
Als vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäß ausgebildeten Kugelrollenlagers wird es durch Anspruch 7 darüber hinaus noch vorgeschlagen, dass der Fensterkäfig spanlos aus einem Blechband hergestellt ist, an welches zunächst die Käfigborde durch Umformen anprofiliert werden. In das umgeformte Blechband werden dann durch Stanzen die einzelnen Käfigtaschen eingearbeitet und anschließend erfolgt das Ablängen des Blechbandes in einzelne Blechstreifen mit der Länge des Umfangsmaßes des Lagerkäfigs. Danach werden die einzelnen Blechstreifen zu einem Ring eingerollt und abschließend deren beide Ringenden miteinander verschweißt. Eine solche Herstellungsweise ist beispielsweise aus der Nadelhülsenfertigung bekannt und hat sich aufgrund der günstigen Herstellungskosten auch für die Fertigung des Lagerkäfigs des erfindungsgemäßen Kugelrollenlagers als besonders geeignet erwiesen.
Gemäß Anspruch 8 zeichnet sich das erfindungsgemäß ausgebildete Kugelrollenlager schließlich noch dadurch aus, dass die Summe der Abstände der eingefüllten Kugelrollen auf deren Teilkreis kleiner als der Durchmesser der Kugelgrundform einer einzelnen Kugelrolle ist und dass es im montierten Zustand einen Wälzkörperfüllgrad von etwa 85% bis 95% aufweist. Am Beispiel eines Rillenkugellagers nach DIN/ISO 6207, welches mit maximal 9 Lagerkugeln befüllbar ist und somit einen Füllgrad von ca. 60% aufweist, bedeutet dies, dass ein baugleich ausgebildetes erfindungsgemäßes Kugelrollenlager demgegenüber mit 14 Kugelrollen befüllt werden kann. Dadurch steigt dessen Tragfähig keit auf etwa das 1,4-fache eines baugleichen Rillenkugellagers an, so dass dessen Lebensdauer, ausgehend von einer Lebensdauer von 100% für das baugleiche Rillenkugellager, etwa 180% bis 240% beträgt. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Kugelrollenlagers ist es deshalb, dass es trotz eines kleiner als die Breite der Kugelrollen ausgebildeten Abstandes zwischen den Lagerringen einen Füllgrad aufweist, der bisher nur mit im Axialmontageverfahren montierten Kugelrollenlagern erreichbar war, bei denen die Kugelrollen wesentlich schmaler ausgebildet sind sowie auf wesentlich flacheren Laufbahnen abrollen und bei denen der Abstand zwischen den Lagerringen größer als die Breite der Kugelrollen ist.
Die Aufgabe der Erfindung wird zum Anderen jedoch auch durch ein Verfahren zur Montage eines die Merkmale des Anspruchs 1 aufweisenden Kugelrollenlagers gemäß Anspruch 9 gelöst, bei welchem in an sich bekannter Weise in einem ersten Schritt der innere Lagerring und der Fensterkäfig des Kugelrollenlagers in konzentrischer Stellung zueinander auf einer zumindest annähernd gemeinsamen Ebene angeordnet werden, in einem zweiten Schritt das Einfügen der Kugelrollen in einer um 90° zu deren Betriebstellung verdrehten Stellung durch die Käfigtaschen des Fensterkäfigs hindurch in die Laufbahn des inneren Lagerrings erfolgt, in einem dritten Schritt die Kugelrollen innerhalb der Käfigtaschen um deren Querachse um 90° in eine liegende Stellung derart verschwenkt werden, dass deren Seitenflächen parallel zur Lagerlängsachse angeordnet sind, in einem vierten Schritt das Einsetzen des inneren Lagerrings zusammen mit dem Fensterkäfig und den Kugelrollen in den äußeren Lagerring erfolgt, in einem fünften Schritt der äußere Lagerrings in eine Drehbewegung mit einer Drehzahl versetzt wird, bei der die Kugelrollen durch Eigenrotation und durch Fliehkraft sich selbsttätig in ihre Betriebsstellung innerhalb der Laufbahnen der Lagerringe aufrichten und in einem sechsten Schritt ein Umbördeln der Käfigborde des Fensterkäfigs in Richtung der Seitenflächen der Kugelrollen sowie ein optionales Befetten und/oder Abdichten des Kugelrollenlagers erfolgt.
Im Unterschied zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Montageverfah ren zeichnet sich das erfindungsgemäße Montageverfahren jedoch dadurch aus, dass das Einsetzen des inneren Lagerrings zusammen mit dem Fensterkäfig und den Kugelrollen in den äußeren Lagerring im vierten Verfahrensschritt nicht mehr durch Einschwenken sondern axial gerade von der mit dem höhenreduzierten Bord ausgebildeten Seite des äußeren Lagerrings her durch den höhenreduzierten Bord hindurch erfolgt. Da die Kugelrollen im dritten Verfahrensschritt innerhalb der Käfigtaschen des Fensterkäfigs um deren Querachse um 90° in eine liegende Stellung verschwenkt wurden und die aus dem inneren Lagerring, dem Fensterkäfig und den Kugelrollen bestehende vormontierte Baueinheit dadurch einen kleineren Außendurchmesser als der Innendurchmesser des höhenreduzierten Bordes aufweist, ist es somit möglich, die Baueinheit in einfacher Weise kollisionsfrei durch den höhenreduzierten Bord des äußeren Lagerrings hindurch axial gerade in diesen einzuführen. Dies verkürzt die Lagermontage gegenüber dem bekannten Montageverfahren um mehrere Verfahrensschritte und macht das erfindungsgemäße Montageverfahren damit äußerst kostengünstig.
Darüber hinaus zeichnet sich das erfindungsgemäße Montageverfahren nach Anspruch 10 zudem noch dadurch aus, dass im zweiten Verfahrensschritt das Einfügen der Kugelrollen in einer um 90° verdrehten Stellung in die Laufbahn des inneren Lagerrings ausschließlich durch die quer zur Umfangsrichtung angeordnete Querschnittskontur der Käfigtaschen erfolgt, die nur zu diesem Zweck in den Lagerkäfig eingearbeitet ist.
Ebenso ist es gemäß Anspruch 11 ein weiteres Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass im dritten Verfahrensschritt die Querachse, um welche die Kugelrollen verschwenkt werden, unterhalb der Ebene der Unterseite des Lagerkäfigs angeordnet, so dass die nach außen weisenden Seitenflächen der dann liegenden und nun auch die längs zur Umfangsrichtung angeordnete Querschnittskontur der Käfigtaschen ausfüllenden Kugelrollen in für das weitere Verfahren vorteilhafter Weise nur noch geringfügig oberhalb der Oberseite des Lagerkäfigs angeordnet sind.
Schließlich ist es gemäß Anspruch 12 noch ein letztes Merkmal des erfindungsgemäßen Montageverfahrens, dass die Kugelrollen beim Versetzen des äußeren Lagerrings in eine Drehbewegung mit den Randbereichen ihrer Laufflächen in Kontakt mit den Randbereichen der Laufbahnen ihrer Lagerringe stehen und somit durch Reibkontakt mit dem äußeren Lagerring mit beschleunigt werden. Der Abschluss des erzeugten Aufrichteffektes der Kugelrollen ist dabei durch die eintretende Leichtgängigkeit des Kugelrollenlagers leicht bemerkbar.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Kugelrollenlagers sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Montage eines solchen Kugelrollenlagers werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine dreidimensionale Darstellung einer Draufsicht auf ein erfindungsgemäß ausgebildetes Kugelrollenlager;
2 einen dreidimensionalen Querschnitt durch das erfindungsgemäß ausgebildete Kugelrollenlager gemäß 1;
3 eine vergrößerte Darstellung der oberen Hälfte des Querschnittes durch das erfindungsgemäße Kugelrollenlager gemäß 2;
4 eine dreidimensionale Ansicht auf und eine Schnittdarstellung durch das erfindungsgemäße Kugelrollenlager nach dem ersten Verfahrensschritt zu dessen Montage;
5 eine dreidimensionale Ansicht auf und eine Schnittdarstellung durch das erfindungsgemäße Kugelrollenlager nach dem zweiten Verfahrensschritt zu dessen Montage;
6 eine dreidimensionale Ansicht auf und eine Schnittdarstellung durch das erfindungsgemäße Kugelrollenlager nach dem dritten Verfahrensschritt zu dessen Montage;
7 eine dreidimensionale Ansicht auf und eine Schnittdarstellung durch das erfindungsgemäße Kugelrollenlager während des vierten Verfahrensschrittes zu dessen Montage;
8 eine dreidimensionale Ansicht auf und eine Schnittdarstellung durch das erfindungsgemäße Kugelrollenlager nach dem vierten und vor dem fünften Verfahrensschritt zu dessen Montage;
9 eine dreidimensionale Ansicht auf und eine Schnittdarstellung durch das erfindungsgemäße Kugelrollenlager nach dem fünften Verfahrensschritt zu dessen Montage;
10 eine dreidimensionale Ansicht auf und eine Schnittdarstellung durch das erfindungsgemäße Kugelrollenlager nach dem sechsten und letzen Verfahrensschritt zu dessen Montage.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Die Darstellungen in den 1 und 2 zeigen verschiedene Ansichten eines Kugelrollenlagers 1, welches im Wesentlichen aus einem äußeren Lagerring 2 und einem inneren Lagerring 3 sowie aus einer Vielzahl zwischen diesen Lagerringen 2, 3 in einer Reihe angeordneter Kugelrollen 4 besteht, die jeweils zwei symmetrisch von einer Kugelgrundform abgeflachte, parallel zueinander angeordnete Seitenflächen 5, 6 aufweisen und durch einen Fensterkäfig 7 in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen zueinander gehalten werden. Aus den 3 und 4 geht dabei hervor, das die einzelnen Käfigtaschen 8 dieses Fensterkäfigs 7 jeweils die integrierte Gesamtkontur einer längs und einer quer zur Umfangsrichtung angeordneten Querschnittskontur 9, 10 einer Kugelrolle 4 aufweisen, wobei die längs zur Umfangsrichtung angeordnete Querschnittskontur 9 der Käfigtaschen 8 der Form einer oberhalb der Querachse A_KQ einer Kugelrolle 4 angeordneten Schnittebene entspricht, während die quer zur Umfangsrichtung angeordnete Querschnittskontur 10 der Käfigtaschen 8 die Form einer direkt auf der Querachse A_KQ einer Kugelrolle 4 ange ordneten Schnittebene aufweist. Darüber hinaus wird durch 3 deutlich, dass die Kugelrollen 4 zwischen ihren Seitenflächen 5, 6 eine Breite b_K von etwa 70% des Durchmessers d_K ihrer Kugelgrundform aufweisen und mit ihren Laufflächen 8 in zwei in die Innenseite 9 des äußeren Lagerrings 2 und in die Außenseite 10 des inneren Lagerrings 3 eingearbeitete rillenförmigen Laufbahnen 11, 12 abrollen, welche axial durch jeweils zwei Borde 14, 15 und 16, 17 begrenzt werden, deren radiale Höhe derart ausgebildet ist, dass der radiale Abstand S_R, S_L zwischen den Borden 14, 15 am äußeren Lagerring 2 und den Borden 16, 17 am inneren Lagerring 3 kleiner als die Breite b_K der Kugelrollen 4 ist.
Desweiteren ist in 3 erkennbar, dass die wesentliche Neuerung an dem dargestellten Kugelrollenlager 1 darin besteht, den hier beispielhaft zur Aufnahme der geringeren Axialkräfte vorgesehenen Bord 14 am äußeren Lagerring 2 radial derart höhenreduziert auszubilden, dass dessen Innendurchmesser D_I größer als der Außendurchmesser D_A einer aus dem inneren Lagerring 3, dem Fensterkäfig 7 und den gestrichelten dargestellten Kugelrollen 4 bestehenden vormontierten Baueinheit ist, um ohne Funktionseinschränkungen des Kugelrollenlagers 1 die Montage eines derartigen Kugelrollenlagers 1 wesentlich zu vereinfachen und damit kostengünstiger zu gestalten.
Um dabei gleichzeitig einen hohen Schmiegungsgrades der Kugelrollen 4 zu ihren Laufbahnen 12, 13 zu realisieren, beträgt die Tiefe Rt_A1 der Laufbahn 12 im äußeren Lagerring 2, wie in 3 durch Maßpfeile angedeutet ist, gegenüber dem höhenreduzierten Bord 14 etwa 14% und deren Tiefe Rt_A2 gegenüber dem nicht höhenreduzierten Bord 15 etwa 21% des Durchmessers d_K der Kugelgrundform der Kugelrollen 4. Ebenso ist in 3 durch Maßpfeile angedeutet, dass die Tiefe Rt_I der Laufbahn 13 im inneren Lagerring 3 gegenüber den beiden diese Laufbahn 13 begrenzenden Borden 16, 17 etwa 27% des Durchmessers d_K der Kugelgrundform der Kugelrollen 4 beträgt und somit der Ausbildung der Laufbahnen an herkömmlichen Rillenkugellagern entspricht.
Wie 3 desweiteren zeigt, ergibt sich durch die unterschiedlich hohe Ausführung der Borde 14, 15 am äußeren Lagerring 2, dass der Abstand S_L zwischen dem höhenreduzierten Bord 14 am äußeren Lagerring 2 und dem gegenüberliegenden Bord 16 am inneren Lagerring 3 etwa 59% des Durchmessers d_K der Kugelgrundform der Kugelrollen 4 beträgt, während der Abstand S_R zwischen dem nicht höhenreduzierten Bord 15 am äußeren Lagerring 2 und dem radial gegenüberliegenden Bord 17 am inneren Lagerring 3 etwa 52% des Durchmessers d_K der Kugelgrundform der Kugelrollen 4 beträgt. Da die Kugelrollen 4 zwischen ihren Seitenflächen 5, 6 mit einem Abstand von 70% des Durchmessers d_K ihrer Kugelgrundform ausgebildet sind, weisen diese somit zwar große Kontaktfläche zu ihren Laufbahnen auf, aber es nicht möglich, diese von der Axialseite mit dem größeren Abstand S_L her zwischen den Borden 14. 16 hindurch axial in das Kugelrollenlager 1 einzuführen.
Schließlich geht aus 4 auch hervor, dass der Fensterkäfig 7 zunächst, wie abgebildet, einen U-förmigen Profilquerschnitt aufweist, dessen seitliche Profilschenkel als Käfigborde 18, 19 zur Vermeidung eines Quertaumelns der Kugelrollen 4 vorgesehen sind. Diese Käfigborde 18, 19 weisen dabei eine solche Länge auf, dass sie nach einem die Lagermontage abschließenden Einbördeln zu den Kugelrollen 4 hin die in 3 abgebildete Form aufweisen und deren Endkanten etwa auf Höhe des Teilkreises des Kugelrollenlagers 1 angeordnet sind. Das Ausgangsmaterial für einen solchen Fensterkäfig 7 ist dabei ein Blechband, aus dem durch Anprofilieren der Käfigborde 18, 19, Einstanzen der Käfigtaschen 8, Ablängen auf das Umfangsmaß des Fensterkäfigs 7 sowie Einrollen zu einem Ring und Verschweißen der Ringenden der Fensterkäfig 7 spanlos hergestellt wird. Die mit ihrer speziellen Form zueinander beabstandet angeordneten Käfigtaschen 8 des Lagerkäfig 7 ermöglichen es dabei, dass die Summe der Abstände der eingefüllten Kugelrollen 4 auf deren Teilkreis kleiner als der Durchmesser d_K der Kugelgrundform einer einzelnen Kugelrolle 4 ist und das montierte Kugelrollenlager 1, im Vergleich zu baugleichen Rillenkugellagern oder anderen bekannten Kugelrollenlagern, einen Wälzkörperfüllgrad von etwa 85% bis 95% aufweist, so dass dessen Radialbelastbarkeit um ein vielfaches höher ist und dessen Lebensdauer, ausgehend von einer Lebensdauer von 100% für ein baugleiches Rillenkugellager, etwa 180% bis 240% beträgt.
In den 4 bis 10 sind im Weiteren auch die einzelnen Schritte des Verfahrens zur Montage des erfindungsgemäß ausgebildeten Kugelrollenlagers 1 dargestellt. Nach diesem Verfahren beginnt die Lagermontage in einem ersten, in 4 abgebildeten Montageschritt zunächst damit, dass der innere Lagerring 3 und der Fensterkäfig 7 des Kugelrollenlagers 1 auf einer zumindest annähernd gemeinsamen Ebene in konzentrischer Stellung zueinander angeordnet werden.
In dem in 5 dargestellten zweiten Montageschritt erfolgt dann das Einfügen der Kugelrollen 4 in einer um 90° zu deren Betriebstellung verdrehten Stellung durch die Käfigtaschen 8 des Lagerkäfigs 7 hindurch in die Laufbahn 13 des inneren Lagerrings 3, wobei dieses Einfügen der Kugelrollen 4 deutlich sichtbar ausschließlich durch die quer zur Umfangsrichtung angeordnete Querschnittskontur 10 der Käfigtaschen 8 erfolgt.
Anschließend werden die Kugelrollen 4 in einem dritten, durch 6 verdeutlichten Montageschritt innerhalb der Käfigtaschen 8 um deren Querachsen A_KQ um 90° in eine liegende Stellung derart verschwenkt, dass deren Seitenflächen 5, 6 parallel zur Lagerlängsachse A_LL angeordnet sind bzw. eine ihrer Seitenflächen 5 oder 6 direkt in der Laufbahn 13 des inneren Lagerrings 3 liegt, wobei die Querachsen A_KQ der Kugelrollen 4 deutlich sichtbar jeweils unterhalb der Ebene der Unterseite des Lagerkäfigs 7 angeordnet sind.
Nach dem Verschwenken der Kugelrollen 4 in ihre liegende Stellung erfolgt dann als vierter, in 7 abgebildeter Montageschritt das Einsetzen der durch den inneren Lagerring 3, den Fensterkäfig 7 und die Kugelrollen 4 gebildeten Baueinheit in den äußeren Lagerring 2. Das Einsetzen dieser Baueinheit erfolgt dabei erfindungsgemäß von der mit dem höhenreduzierten Bord 14 ausgebildeten Axialseite des äußeren Lagerrings 2 her entsprechend den in die Zeichnung eingefügten Bewegungspfeilen axial gerade durch den höhen reduzierten Bord 14 hindurch, so dass das Kugelrollenlager 1 nach diesem Verfahrensschritt zunächst komplettiert ist und die in 8 dargestellte Gestalt aufweist.
In 9 ist dann durch einen weiteren Bewegungspfeil angedeutet, dass der äußere Lagerring 2 des Kugelrollenlagers 1 dann in einem fünften Montageschritt in eine Drehbewegung versetzt bzw. mit einer solchen Drehzahl n beschleunigt wird, dass die Kugelrollen 4 durch Eigenrotation und durch Fliehkraft sich selbsttätig in ihre Betriebsstellung innerhalb der Laufbahnen 12, 13 der Lagerringe 2, 3 aufrichten. Dies ist deshalb möglich, da die Kugelrollen 4, wie in 8 zu sehen ist, vor dem Versetzen des äußeren Lagerrings 2 in eine Drehbewegung mit den Randbereichen ihrer Laufflächen 11 in Kontakt mit den Randbereichen der Laufbahnen 12, 13 ihrer Lagerringe 2, 3 stehen und somit durch Reibkontakt mit dem äußeren Lagerring 2 mit beschleunigt werden.
Als abschließender sechster Montageschritt erfolgt dann noch das in 10 angedeutete Umbördeln der Käfigborde 18, 19 des Fensterkäfigs 7 in Richtung der Seitenflächen 5, 6 der Kugelrollen 4, um somit eine axiale Führung der Kugelrollen 4 zur Vermeidung des beschriebenen Quertaumeleffektes in bestimmten Betriebszuständen herzustellen.

1: Kugelrollenlager
2: äußerer Lagerring
3: innerer Lagerring
4: Kugelrollen
5: Seitenfläche von 4
6: Seitenfläche von 4
7: Fensterkäfig
8: Käfigtaschen
9: Querschnittskontur von 8
10: Querschnittskontur von 8
11: Laufflächen von 4
12: Laufbahn in 2
13: Laufbahn in 3
14: Bord von 12
15: Bord von 12
16: Bord von 13
17: Bord von 13
18: Käfigbord an 7
19: Käfigbord an 7
b_K: Breite von 4
d_K: Durchmesser von 4
S_R: Abstand zwischen 15 und 17
S_L: Abstand zwischen 14 und 16
D_I: Innendurchmesser von 14
D_A: Außendurchmesser von 3 + 4 + 7
Rt_A1: Tiefe von 12
Rt_A2: Tiefe von 12
Rt_I: Tiefe von 13
A_KQ: Querachse von 4
A_LL: Lagerlängsachse
n: Drehzahl

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102008016977 [0002]
- DE 4334195 A1 [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- DIN/ISO 6207 [0013]

Claims

Kugelrollenlager (1), insbesondere zur Aufnahme einseitig höhere Axialkräfte, im Wesentlichen bestehend aus einem äußeren Lagerring (2) und einem inneren Lagerring (3) sowie aus einer Vielzahl zwischen diesen Lagerringen (2, 3) angeordneter Kugelrollen (4), die jeweils zwei symmetrisch von einer Kugelgrundform abgeflachte, parallel zueinander angeordnete Seitenflächen (5, 6) aufweisen und in Umfangsrichtung durch einen Fensterkäfig (7) in gleichmäßigen Abständen zueinander gehalten werden, dessen einzelne Käfigtaschen (8) jeweils die integrierte Gesamtkontur einer längs und einer quer zur Umfangsrichtung angeordneten Querschnittskontur (9, 10) einer Kugelrolle (4) aufweisen, wobei die Kugelrollen (4) zwischen ihren Seitenflächen (5, 6) eine Breite (b_K) von etwa 70% des Durchmessers (d_K) ihrer Kugelgrundform aufweisen und mit ihren Laufflächen (11) in zwei in die Innenseite des äußeren Lagerrings (2) und in die Außenseite des inneren Lagerrings (3) eingearbeitete rillenförmigen Laufbahnen (12, 13) abrollen, welche axial durch jeweils zwei Borde (14, 15, 16, 17) begrenzt werden, deren radiale Höhe derart ausgebildet ist, dass der radiale Abstand (S_R, S_L) zwischen den Borden (14, 15) am äußeren Lagerring (2) und den Borden (16, 17) am inneren Lagerring (3) kleiner als die Breite (b_K) der Kugelrollen (4) ist, dadurch gekennzeichnet, dass der in der Lageranwendung zur Aufnahme der geringeren Axialkräfte vorgesehene Bord (14 oder 15) am äußeren Lagerring (2) radial derart höhenreduziert ausgebildet ist, dass dessen Innendurchmesser (D_I) größer als der Außendurchmesser (D_A) einer aus dem inneren Lagerring (3), dem Fensterkäfig (7) und den Kugelrollen (4) bestehenden vormontierten Baueinheit ist.
Kugelrollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe (Rt_A1) der Laufbahn (12) im äußeren Lagerring (2) gegenüber dem höhenreduzierten Bord (14) etwa 14% und deren Tiefe (Rt_A2) gegenüber dem nicht höhenreduzierten Bord (15) etwa 21% des Durchmessers (d_K) der Kugelgrundform der Kugelrollen (4) beträgt.
Kugelrollenlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe (Rt_I) der Laufbahn (13) im inneren Lagerring (3) gegenüber den beiden diese Laufbahn (13) begrenzenden Borden (16, 17) etwa 27% des Durchmessers (d_K) der Kugelgrundform der Kugelrollen (4) beträgt.
Kugelrollenlager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (S_L) zwischen dem höhenreduzierten Bord (14) am äußeren Lagerring (2) und dem gegenüberliegenden Bord (16) am inneren Lagerring (3) etwa 59% des Durchmessers (d_K) der Kugelgrundform der Kugelrollen (4) beträgt.
Kugelrollenlager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (S_R) zwischen dem nicht höhenreduzierten Bord (15) am äußeren Lagerring (2) und dem radial gegenüberliegenden Bord (17) am inneren Lagerring (3) etwa 52% des Durchmessers (d_K) der Kugelgrundform der Kugelrollen (4) beträgt.
Kugelrollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fensterkäfig (7) zunächst einen U-förmigen Profilquerschnitt aufweist, dessen seitliche Profilschenkel als Käfigborde (18, 19) zur Vermeidung eines Quertaumelns der Kugelrollen (4) vorgesehen sind.
Kugelrollenlager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Fensterkäfig (7) aus einem Blechband durch Profilieren der Käfigborde (18, 19), Stanzen der Käfigtaschen (8), Ablängen auf Umfangsmaß, Einrollen zu einem Ring und Verschweißen der Ringenden hergestellt ist.
Kugelrollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Abstände der eingefüllten Kugelrollen (4) auf deren Teilkreis kleiner als der Durchmesser (d_K) der Kugelgrundform einer einzelnen Kugelrolle (4) ist und das montierte Kugelrollenlager (1) einen Wälzkörperfüllgrad von ca. 85% bis 95% aufweist.
Verfahren zur Montage eines Kugelrollenlagers mit den Merkmalen des Anspruchs 1, bei dem in einem ersten Schritt der innere Lagerring (3) und der Fensterkäfig (7) des Kugelrollenlagers (1) in konzentrischer Stellung zueinander auf einer zumindest annähernd gemeinsamen Ebene angeordnet werden, in einem zweiten Schritt das Einfügen der Kugelrollen (4) in einer um 90° zu deren Betriebstellung verdrehten Stellung durch die Käfigtaschen (8) des Fensterkäfigs (7) hindurch in die Laufbahn (13) des inneren Lagerrings (3) erfolgt, in einem dritten Schritt die Kugelrollen (4) innerhalb der Käfigtaschen (8) um deren Querachse (A_KQ) um 90° in eine liegende Stellung derart verschwenkt werden, dass deren Seitenflächen (5, 6) parallel zur Lagerlängsachse (A_LL) angeordnet sind, in einem vierten Schritt das Einsetzen des inneren Lagerrings (3) zusammen mit dem Fensterkäfig (7) und den Kugelrollen (4) in den äußeren Lagerring (2) erfolgt, in einem fünften Schritt der äußere Lagerrings (2) in eine Drehbewegung mit einer Drehzahl (n) versetzt wird, bei der die Kugelrollen (4) durch Eigenrotation und durch Fliehkraft sich selbsttätig in ihre Betriebsstellung innerhalb der Laufbahnen (12, 13) der Lagerringe (2, 3) aufrichten und in einem sechsten Schritt ein Umbördeln der Käfigborde (16, 17) des Fensterkäfigs (7) in Richtung der Seitenflächen (5, 6) der Kugelrollen (4) sowie ein optionales Befetten und/oder Abdichten des Kugelrollenlagers (1) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsetzen des inneren Lagerrings (3) zusammen mit dem Fensterkäfig (7) und den Kugelrollen (4) in den äußeren Lagerring (2) im vierten Verfahrensschritt von der mit dem höhenreduzierten Bord (14 oder 15) ausgebildeten Seite des äußeren Lagerrings (2) her axial gerade durch den höhenreduzierten Bord (14 oder 15) hindurch erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Einfügen der Kugelrollen (4) in einer um 90° verdrehten Stellung in die Laufbahn (12) des inneren Lagerrings (3) durch die quer zur Umfangsrichtung angeordnete Querschnittskontur (10) der Käfigtaschen (8) des Fensterkäfigs (7) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass beim Verschwenken der Kugelrollen (4) innerhalb der Käfigtaschen (8) des Fensterkäfigs (7) in eine liegende Stellung deren Querachse (A_KQ) unterhalb der Ebene der Unterseite des Fensterkäfigs (7) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelrollen (4) beim Versetzen des äußeren Lagerrings (2) in eine Drehbewegung mit den Randbereichen ihrer Laufflächen (11) in Kontakt mit den Randbereichen der Laufbahnen (12, 13) ihrer Lagerringe (2, 3) stehen.