DE102009036688A1

DE102009036688A1 - Rollenlager

Info

Publication number: DE102009036688A1
Application number: DE102009036688A
Authority: DE
Inventors: Rainer Gebauer; Bruno Dr. Scherb
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-08-07
Filing date: 2009-08-07
Publication date: 2011-02-10

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Rollenlager, mit einem Innenring, welcher einen Innenringbord aufweist, mit einem Außenring, welcher einen Außenringbord aufweist, mit einer Mehrzahl von Wälzkörpern zur Übertragung radialer Lasten, die zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnet sind, und mit einer zusätzlichen lasttragenden Einrichtung, die zur Übertragung axialer Lasten zwischen mindestens einem der Wälzkörper und dem Innenringbord und/oder dem Außenringbord angeordnet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Rollenlager.
Als Wälzlager werden Lager bezeichnet, bei denen zwei in Bezug aufeinander bewegliche Körper, im Falle der Abstützung einer Welle ein Innenring und ein Außenring, durch auf den beiden Körpern abwälzende Wälzkörper getrennt sind. Wälzlager zur Übertragung von Lasten in der radialen Richtung des Lagers von einem Innenring, welcher beispielsweise auf einer rotierenden Welle innerhalb eines in Bezug auf die Welle feststehenden Gehäuses angeordnet ist, auf einen Außenring, welcher in diesem Gehäuse angeordnet und fixiert ist, sind allgemein bekannt. Derartige Wälzlager können als Rollenlager ausgeführt sein, deren Wälzkörper in Gestalt von Rollen unterschiedlicher Geometrie vorliegen.
Ebenso ist es allgemein bekannt, Wälzlager als Zylinderrollenlager auszuführen, bei denen die Innenumfangsfläche des Außenrings und die Außenumfangsfläche des Innenrings jeweils im Wesentlichen zylindrisch geformt sind, parallel zueinander und zur Lagerachse verlaufen und bei denen die Wälzkörper in Gestalt von zylindrischen Rollen ausgebildet sind.
Solche Zylinderrollenlager eignen sich sehr gut für die Übertragung von Lasten in radialer Richtung und für die Anwendung bei hohen Drehzahlen. Darüber hinaus sind sie, bei gleichzeitig kompakten Abmessungen, auch zur Übertragung von Axiallasten, wie sie beispielsweise durch die Schrägverzahnung eines mit der Welle drehfest verbundenen Zahnrades, wie etwa bei einem Einsatz des Zylinderrollenlagers als Festlager zur Lagerung einer Getriebewelle, entstehen, geeignet. Die Aufnahme von axialen Lasten in zumindest einer Richtung wird üblicherweise zum Beispiel dadurch ermöglicht, dass sowohl der Außenring wie auch der Innenring mit zumindest jeweils einem umlaufenden Bord, dem so genannten Außenringbord bzw. Innenringbord, versehen sind. Diese Borde des Innen- und des Außenrings sind auf axial gegenüberliegenden Seiten des Wälzkörpers angeordnet.
Bei einer axialen Belastung eines Zylinderrollenlagers dieser Bauweise laufen durch die Rotation des Innenrings gegenüber dem Außenring die Zylinderrollen während ihrer Abwälzbewegung an Innenringbord und Außenringbord an. Die Axialkraft wird vom Innenringbord auf den Wälzkörper und von diesem auf den Außenringbord übertragen. Hierbei entsteht ein Gleitkontakt zwischen den den Wälzkörpern zugewandten Innenflächen der Borde und den benachbarten Stirnflächen der Wälzkörper (Bordkontakt). Eine auf diese Weise auftretende Reibung im Kontakt der Wälzkörper mit den Borden führt durch die erzeugte Reibungswärme zu einer mehr oder weniger großen Temperaturerhöhung und zu einem erhöhten Verschleiß an den reibend beanspruchten Flächen. Diese Eigenschaften gilt es zu vermeiden, da sie im Ergebnis zu niedrigeren zulässigen Lagerdrehzahlen führen können. Zusätzlich kann in der Folge eine erhöhte Belastung der zur Lagerschmierung eingesetzten Schmierstoffe auftreten, wodurch deren Alterung beschleunigt wird. Diese müssen dann aufwändig ersetzt werden.
Zudem wird durch die im Gleitkontakt von Bord und Wälzkörper entstehende Gleitreibung die Verteilung der Wälzkörperdrehzahlen längs des Lagerumfangs, welche auf zyklisch auftretende Verzögerungs- und Beschleunigungsvorgänge der einzelnen Wälzkörper zurückgeführt werden kann, ungünstig beeinflusst.
Eine Möglichkeit zur Verminderung der Reibung im Gleitkontakt bei der Aufnahme axialer Lasten besteht in der Kombination eines reinen Radialwälzlagers mit einem rein axial tragenden Wälzlager. Eine derartige Kombination kann beispielsweise auch durch Anordnung der beiden Wälzlager innerhalb einer aus Blech geformten einstückigen Buchse erreicht werden, falls diese den auftretenden Belastungen gerecht wird und daher keine massiv ausgeführten Lagerringe gefordert sind.
Eine solche Anordnung ist am Beispiel eines radial tragenden Rollen- oder Nadellagers, welches mit einem axial tragenden Rollen- oder Nadellager kombiniert wird, in dem Deutschen Patent DE 1 525 205 C beschrieben. Problematisch an einer Kombination eines separaten Radialwälzlagers mit einem ebenso separat ausgebildeten Axialwälzlager ist jedoch, dass die daraus hervorgehende Lageranordnung wenig kompakt ist und einen relativ großen Bauraum benötigt, wodurch sich in der Folge diese Wälzlagerungen kostenintensiv gestalten.
Die Übertragung einer auf ein Radialrollenlager wirkenden Axiallast von einem Absatz der Welle auf einen Flansch einer aus dünnem Blech gebogenen Außenbuchse wird in dem Deutschen Gebrauchsmuster DE 1 910 794 U beschrieben. Bei diesem Lager ist ohne Ausbildung eines Innenrings eine innere Lauffläche für das Radiallager direkt auf der Welle angeordnet. Die Übertragung der Axialkraft erfolgt mittels zwischen dem Wellenabsatz und dem Flansch der Außenbuchse angeordneter Kugeln oder Rollen, wenn notwendig über einen an diesem Absatz anliegenden Ring.
Bei hoch belasteten Lagern ist es indes vorteilhaft, einen separaten Innenring vorzusehen, so dass im Falle eines Verschleißes der auf dem Lagerinnenring ausgebildeten Wälzkörperlaufbahn kein Austausch der gesamten Welle notwendig wird. Zusätzlich kann ein als eigenständiges Bauteil vorgesehener Lagerring einfacher oberflächenbeschichtet oder wärmebehandelt werden, ohne dass bei der Fertigung der Welle hierauf Rücksicht genommen werden müsste.
Eine weitere Möglichkeit zur Verminderung der Reibung beim Kontakt der Rollen mit axial wirkenden Führungsflächen der Lagerringe zeigt die FR 731 895 A . Ein radial tragendes Rollenlager ist mit einem Käfig zur Führung der Rollen versehen. Die Stirnseite des Käfigs und ein Flansch des Außenrings bilden Anlaufflächen für ein zusätzliches Axialkugellager. In diesem Fall ist die Übertragung einer Axiallast nicht möglich. Lediglich das Gewicht der Radialwälzkörper wird abgestützt. Bei einem weiteren in der FR 731 895 A gezeigten Rollenlager wird die Übertragung einer Axiallast über einen ringförmigen Kragen des Innenrings auf den Flansch des Außenrings bewerkstelligt. Hierbei laufen die radial tragenden Rollen allerdings weiterhin, gerade bei der in der FR 731 895 A beschriebenen vertikalen Einbaulage, an dem ringförmigen Kragen des Innenrings durch ihr Eigengewicht reibend an.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein zur Aufnahme von Axiallasten geeignetes Rollenlager bereitzustellen, welches in jeder Einbaulage eine verringerte Reibung im Bordkontakt gewährleistet und dabei insbesondere in axialer Richtung platzsparend ausgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Rollenlager mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Demgemäß ist ein Rollenlager vorgesehen, mit einem Innenring, welcher einen Innenringbord aufweist, mit einem Außenring, welcher einen Außenringbord aufweist, mit einer Mehrzahl von Wälzkörpern zur Übertragung radialer Lasten, die zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnet sind, und mit einer zusätzlichen lasttragenden Einrichtung, die zur Übertragung axialer Lasten zwischen mindestens einem der Wälzkörper und dem Innenringbord und/oder dem Außenringbord angeordnet ist.
Die Erfindung bezieht sich auf Rollenlager zur Übertragung radialer und axialer Lasten, beispielsweise zur Lagerung von Getriebewellen in Gehäusen, welches in jeder Einbaulage eine verringerte Reibung im Bordkontakt der Rollen gewährleistet und dabei in axialer Richtung platzsparend ausgeführt werden kann. Mittels des erfindungsgemäßen Rollenlagers können axiale Lasten bei geringem axialem Platzbedarf und mit geringer Reibung der Wälzkörper im Bordkontakt in jeder Einbaulage aufgenommen werden. Dies wird durch die zusätzliche lasttragende Einrichtung möglich. Die zwischen dem Wälzkörper und dem Innenringbord, und/oder zwischen dem Wälzkörper und dem Außenringbord, vorgesehene zusätzliche lasttragende Einrichtung ist von Vorteil, da bei Wirken einer äußeren Axiallast einerseits und auch bei einem durch die Gewichtskraft der Wälzkörper bedingten axialen Kraftbeitrag im Fall einer anderen als horizontalen Einbaulage des Rollenlagers andererseits die Gleitreibung im Bordkontakt vermindert werden kann. Somit können axiale Lasten bei geringem axialem Platzbedarf und mit geringer Reibung der Wälzkörper im Bordkontakt in jeder Einbaulage aufgenommen werden.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Rollenlagers besteht darin, dass der Innenring und der Außenring des Rollenlagers mit den üblichen und genormten Außenabmessungen und Einbaumaßen, beispielsweise nach DIN 5412, hergestellt werden können, da sich nur der innere Aufbau des Rollenlagers gegenüber einem Rollenlager herkömmlicher Bauform verändert. Dies ist vorteilhaft für die Verwendung des erfindungsgemäßen Rollenlagers zum Beispiel bei der Neukonstruktion von Maschinen, insbesondere aber auch bei einem Austausch herkömmlicher Rollenlager durch ein erfindungsgemäßes Rollenlager mit verminderter Reibung im Bordkontakt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen und den anhand der Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Rollenlagers ist zur Übertragung axialer Lasten von dem zum Beispiel mit einer Welle verbundenen Innenring des Rollenlagers auf den beispielsweise in einem Gehäuse festgelegten Außenring der Außenringbord an dem Außenring auf einer bezüglich einer axialen Richtung des Rollenlagers dem Innenringbord gegenüberliegenden Seite vorgesehen. Darüber hinaus können selbstverständlich an beiden Lagerringen, sowohl an den Außenring wie auch an dem Innenring, jeweils zwei Borde vorgesehen werden, um Lasten in zwei Richtungen längs der axialen Richtung aufnehmen zu können. Zur Gewährleistung der Montierbarkeit kann in diesem Falle zumindest ein Bord auch als loser, somit nicht einstückig mit dem zugehörigen Lagerring verbundener Bord ausgeführt werden.
Weiter bevorzugt weist die zusätzliche lasttragende Einrichtung ein Tragelement auf, welches relativ zu dem Innenring und/oder zu dem Außenring und/oder zu den Wälzkörpern bewegbar angeordnet ist. Insbesondere ist das Tragelement in der Umfangsrichtung des Rollenlagers gegenüber den Lagerringen und den Wälzkörpern sowie auch gegenüber den Positionen der Drehachsen der einzelnen Wälzkörper drehbar angeordnet.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rollenlagers ist die zusätzliche lasttragende Einrichtung zur Übertragung axialer Lasten von dem Innenring auf den Außenring zwischen mindestens einem der Wälzkörper und dem Innenringbord vorgesehen, zugleich aber auch zwischen mindestens einem der Wälzkörper und dem Außenringbord angeordnet. Werden ferner zum Beispiel an beiden Lagerringen jeweils zwei Borde vorgesehen, so kann die zusätzliche lasttragende Einrichtung zur Übertragung axialer Lasten in beiden Richtungen längs der Lagerachse auch zwischen jedem der Außenringborde und mindestens einem der Wälzkörper, sowie zwischen jedem der Innenringborde und mindestens einem der Wälzkörper vorgesehen werden.
Weiter bevorzugt ist ein Käfig oder ein käfigartiges Gebilde zur Führung der Wälzkörper vorgesehen. Durch diesen Käfig wird sichergestellt, dass die Wälzkörper die gewünschten, also definierten, vorgegebenen Abstände voneinander in der Umfangsrichtung des Rollenlagers aufweisen. Eine gegenseitige reibende Berührung benachbarter Wälzkörper wird dadurch effektiv vermieden. Ein solcher Käfig kann beispielsweise massiv aus einem metallischen Werkstoff, wie etwa einem Sondermessing oder aus Stahl, aber auch durch Umformung aus Stahlblech hergestellt werden. Auch kann der Käfig aus Kunststoff hergestellt sein.
Vorteilhafterweise ist der Käfig zur Führung der Wälzkörper als Massivkäfig aus einem Metall ausgebildet.
Noch weiter bevorzugt steht die zusätzliche lasttragende Einrichtung in der Weise in Gleitkontakt mit einer Oberfläche des Innenringbords oder des Außenringbords und mit einer zu dieser benachbarten Stirnfläche des mindestens einen Wälzkörpers, dass axiale Lasten vom Innenringbord oder vom Außenringbord über die zusätzliche lasttragende Einrichtung auf den mindestens einen Wälzkörper übertragbar sind. Die reibende Beanspruchung der Oberflächen des Innenringbords oder des Außenringbords oder beider und der Stirnflächen des Wälzkörpers bei einem Gleitkontakt zwischen Bord und Wälzkörper in der herkömmlichen Weise wird bei dieser Weiterbildung auf zwei Gleitkontakte verteilt. Diese sind im Einzelnen der Gleitkontakt zwischen der Bordoberfläche und der zusätzlichen lasttragenden Einrichtung sowie der Gleitkontakt zwischen der zusätzlichen lasttragenden Einrichtung und der Stirnfläche des Wälzkörpers.
In einer bevorzugten, vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Rollenlagers weist die zusätzliche lasttragende Einrichtung eine Mehrzahl von Axialwälzkörpern auf. Darüber hinaus ist mindestens eine axiale Stirnseite des Käfigs mit einer Laufbahn ausgebildet und die Axialwälzkörper stehen in der Weise in Wälzkontakt mit einer Oberfläche des Innenringbords oder des Außenringbords und mit der Laufbahn, dass axiale Lasten von dem Innenringbord oder von dem Außenringbord über die zusätzliche lasttragende Einrichtung auf den Käfig übertragbar sind. Die Verwendung von Axialwälzkörpern zur Übertragung einer Axiallast ist von besonderem Vorteil, da die Axialwälzkörper auf den Oberflächen der Borde abwälzen, somit im wesentlichen Rollreibung auftritt und daher kaum Leistungsverluste und Verschleiß durch Gleitreibung entstehen.
In einer Weiterbildung ist zur Führung der Axialwälzkörper ein Axiallagerkäfig vorgesehen. Der Axiallagerkäfig dient zur Führung der Axialwälzkörper zwischen der auf der Stirnseite des Käfigs ausgebildeten Laufbahn und der Innenfläche des benachbarten Innenring- oder Außenringbords, und vermeidet eine gegenseitige Berührung der Axialwälzkörper während ihrer Abrollbewegung auf der Laufbahn. Auch der Axiallagerkäfig kann als massiver Metallkäfig ausgebildet sein, aber auch durch Umformung aus Blech gefertigt oder aus Kunststoff hergestellt sein.
Weiter bevorzugt weist der Käfig im Bereich mindestens einer seiner axialen Stirnseiten einen sich im Wesentlichen in radialer Richtung erstreckenden Flansch auf. Die Laufbahn ist ringförmig ausgebildet und im Bereich des Flansches angeordnet, und der Flansch ist an seinem radial inneren oder äußeren Ende mit einem umlaufenden Vorsprung versehen, welcher zur Führung des Axiallagerkäfigs dient. Auf diese Weise wird ein unkontrolliertes Auswandern des Axiallagerkäfigs aus seiner erwünschten Lage verhindert.
Gemäß einer Weiterbildung sind die Axialwälzkörper in Gestalt von Nadeln ausgebildet. Die Verwendung von Nadeln zum Bilden eines axial wirkenden Nadellagers zwischen dem Käfig und einem oder mehreren Lagerringborden ist in dem vorliegenden Fall besonders vorteilhaft, da axial wirkende Nadellager in axialer Richtung deutlich kürzer als entsprechende axial wirkende Zylinderrollenlager ausgeführt werden können. Auf diese Weise kann der Bauraumbedarf optimiert und das erfindungsgemäße Rollenlager in platzsparender Weise ausgeführt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die zusätzliche lasttragende Einrichtung als eine in der Umfangsrichtung geschlossene, ringförmige Gleitscheibe ausgebildet. Wenn dies zur Gewährleistung der Montierbarkeit des Rollenlagers erforderlich ist, so kann die Gleitscheibe auch als ein in Umfangsrichtung offener, geschlitzter Ring oder als ein mehrteiliger Ring ausgeführt sein. Die Abmessungen der Gleitscheibe sind vorteilhafterweise so gewählt, dass eine freie Relativbewegung der ringförmigen Gleitscheibe und der benachbarten Bordinnenfläche möglich ist. Auf diese Weise läuft die Gleitscheibe an der Oberfläche des benachbarten Bordes und an der benachbarten stirnseitigen Oberfläche des Wälzkörpers an und kann auf beiden Oberflächen gleiten. Ein Vorteil dieser Ausführungsform liegt auch darin, dass die jeweiligen Relativgeschwindigkeiten der aufeinander gleitenden Bauteile in beiden Gleitkontakten gegenüber der herkömmlichen Lösung, die in einem direkten Kontakt der Bordinnenfläche und der Stirnfläche der Wälzkörper besteht, erheblich vermindert ist. Auf diese Weise wird ein konstruktiv sehr einfach aufgebautes und robustes Rollenlager geschaffen, bei welchem durch kostengünstige Maßnahmen eine verminderte Reibung bei der Aufnahme von Axiallasten gewährleistet ist.
Vorzugsweise sind der Innenringbord oder der Außenringbord oder beide einstückig mit dem Innenring bzw. dem Außenring ausgebildet.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind die Oberflächen der zusätzlichen lasttragenden Einrichtung ganz oder teilweise mit einer die Gleitreibung vermindernden Beschichtung versehen. Auf diese Weise kann die Reibung bei der Aufnahme axialer Kräfte durch das Rollenlager weiter verringert werden. Wenn dies gewünscht ist, können alternativ oder zusätzlich die Oberflächen des Innenringbordes oder des Außenringbordes oder beider zum Teil oder auch vollständig, insbesondere aber deren den Wälzkörpern zugewandte, in axialer Richtung zur Lagermitte hin weisende Oberflächen ebenso mit einer oberflächlichen reibungsreduzierenden und/oder verschleißmindernden Schicht überzogen werden. Eine derartige teilweise oder vollständige Beschichtung kann auch auf den in die axiale Richtung weisenden Stirnflächen der Wälzkörper vorgesehen sein.
Gemäß einer weiteren Fortbildung ist die zusätzliche lasttragende Einrichtung aus einem reibungsmindernden Material, beispielsweise aus einem hierfür geeigneten Kunststoff, hergestellt.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rollenlagers ist die zusätzliche lasttragende Einrichtung zumindest teilweise aus einem Metall oder aus einer metallischen Legierung gefertigt. Hierfür kommen zum Beispiel ein durchhärtender Stahl, wie er auch für die Herstellung der Lagerringe und der Wälzkörper verbreitet ist, oder eine Bronze, wie etwa eine Blei- oder Zinnbronze, in Betracht. Denkbar sind aber auch Gleitscheiben für die lasttragende Einrichtung.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Wälzkörper des Rollenlagers in Gestalt von Zylinderrollen ausgebildet. Zylinderrollenlager eignen sich in besonderer Weise zur Aufnahme hoher Radiallasten und für den Einsatz bei hohen Drehzahlen.
Weiterhin kann das erfindungsgemäße Rollenlager in einer weiteren Ausführungsform als Kegelrollenlager und die Wälzkörper als Kegelrollen ausgebildet sein, was bei einer kombinierten Belastung aus radialen und vergleichsweise hohen axialen Lasten vorteilhaft ist.
Die oben genannten Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich – sofern die sinnvoll ist – beliebig miteinander kombinieren.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen hierbei:
1 in einer radialen Schnittdarstellung ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Rollenlagers,
2 in einer radialen Schnittdarstellung ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Rollenlagers,
3 in einer radialen Schnittdarstellung ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Rollenlagers,
4 in einer radialen Schnittdarstellung ein viertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Rollenlagers,
5 in einer radialen Schnittdarstellung ein fünftes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Rollenlagers.
In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente – sofern nichts Anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen versehen worden.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rollenlagers 1. Das Rollenlager 1 weist einen Innenring 2 und einen Außenring 4, die so genannten Lagerringe, auf. Der Innenring 2 und der Außenring 4 sind konzentrisch zueinander angeordnet. Der Außenring 4 des Wälzlagers 1 wird z. B. in einem in 1 nicht dargestellten, feststehenden Getriebegehäuse beispielsweise mit einer Spielpassung gehalten, während der Innenring 2 auf einer um ihre Längsachse A rotierenden Welle 8 aufsitzen kann. Durch die Wahl einer Übergangs- oder Übermaßpassung ist der Innenring 2 durch einen Festsitz mit der Welle 8 verbunden. Die Längsachse der Welle 8 fällt mit der axialen Richtung A, welche auch die Längsachse des Rollenlagers darstellt, zusammen. Zwischen dem Innenring 2 und dem Außenring 4 sind längs des Umfangs der Lagerringe mehrere Wälzkörper 6 in gleichmäßigen Abständen verteilt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Wälzkörper 6 als Zylinderrollen ausgebildet.
Der Außenring 4 weist bei diesem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Rollenlagers 1 zwei in Umfangsrichtung umlaufende Außenringborde 5 auf, welche an zwei axialen Enden des Außenrings 4 vorgesehen sind. Zusätzlich weist der Innenring 2 an seinem einen axialen Ende einen Innenringbord 3 auf, der in gleicher Weise wie die Außenringborde 5 in Umfangsrichtung umlaufend vorgesehen ist. Diese Lagerringborde 3, 5 sind jeweils einstückig mit dem zugehörigen Lagerring hergestellt. Einstückig bedeutet in diesem Zusammenhang untrennbar, z. B. aus einem einzigen Material gefertigt.
In der axialen Richtung A liegt der Außenring 4 an einem nicht dargestellten Flansch des Getriebegehäuses linksseitig an, während der Innenring 2 mit seinem rechtsseitigen axialen Ende, welches den Innenringbord 3 aufweist, an einer in der 1 gestrichelt angedeuteten, auf die Welle 8 aufgesteckten Hülse anliegt. Die axiale Abmessung der Wälzkörper 6 ist etwas geringer als der Abstand der beiden Außenringborde 5 in der axialen Richtung A.
Zwischen einem Außenringbord 5 und dem dargestellten Wälzkörper 6 ist eine zusätzliche lasttragende Einrichtung 7 angeordnet.
Wird nun die Welle 8 in eine Drehbewegung um ihre Längsachse A versetzt, so rotiert auch der auf die Welle 8 aufgepresste Innenring 2 um die Achse A, während der Außenring 4 gegenüber der Welle 8 stillsteht. Dabei wälzen die Wälzkörper 6, welche die beiden Lagerringe im Bereich ebenfalls nicht dargestellter Laufbahnen berühren, auf den Laufbahnen ab, und ermöglichen so die Übertragung einer Kraft in radialer Richtung R vom Innenring 2 auf den Außenring 4.
Eine gleichzeitige Belastung des Außenrings 4 in der axialen Richtung A, wie in 1 durch Pfeile angedeutet, bewirkt durch eine Berührung zwischen der zusätzlichen lasttragenden Einrichtung 7 und dem benachbarten Außenringbord 5 eine Übertragung der Axialkraft auf die zusätzliche lasttragende Einrichtung 7.
2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rollenlagers in einer radialen Schnittdarstellung. Im Unterschied zu dem allgemeinen Ausführungsbeispiel der 1 sind hier die zusätzliche lasttragende Einrichtung 7 als Gleitscheiben 17, 18 ausgebildet.
Zwischen dem Innenringbord 3 und dem Wälzkörper 6 ist hier eine erste Gleitscheibe 17 vorgesehen. Diese erste Gleitscheibe 17 besitzt die Form eines in Umfangsrichtung geschlossenen Ringes. Die erste Gleitscheibe 17 ist nicht mit einer Presspassung auf den Innenring 2 aufgesetzt, sondern besitzt diesem gegenüber Spiel. Auf diese Weise ist die Gleitscheibe 17 gegenüber den Wälzkörpern 6 und gegenüber dem Innenringbord 3 bewegbar. Insbesondere ist die erste Gleitscheibe 17 gegenüber dem Innenring 2 um die axiale Achse A verdrehbar.
Zwischen dem einen der beiden Außenringborde 5, welcher vom Wälzkörper 6 aus gesehen in axialer Richtung A dem Innenringbord 3 gegenüber liegt, und dem Wälzkörper 6 ist eine weitere Gleitscheibe 18 vorgesehen. Auch diese weitere Gleitscheibe 18 besitzt die Gestalt eines geschlossenen Ringes, welcher bezüglich des Außenringes 4 verdrehbar angeordnet ist. Beide Gleitscheiben 17, 18 sind somit gegenüber den beiden Lagerringen 2, 4 und gegenüber den Wälzkörpern 6, insbesondere auch gegenüber der veränderlichen Umfangsposition der momentanen Drehachsen der Wälzkörper 6, verdrehbar. In axialer Richtung A des Rollenlagers 1 entspricht die axiale Ausdehnung der Wälzkörper 6 zusammen genommen mit den axialen Dicken der beiden Gleitscheiben 17, 18 im Wesentlichen mit geringem Spiel dem axialen Abstand der beiden Außenringborde 5.
Der Außenring 2, der Innenring 4 und die Wälzkörper 6 sind bei dem gezeigten Rollenlager aus einem durchhärtenden Wälzlagerstahl hergestellt. Ferner sind die Gleitscheiben 17, 18 in dem Ausführungsbeispiel gemäß der 2 jeweils ebenfalls aus einem durchhärtenden Stahl gefertigt und mit einer die Gleitreibung vermindernden und verschleißfesten Oberflächenbeschichtung überzogen.
Die Gleitscheiben 17, 18 gleiten bei einer axialen Belastung des Rollenlagers 1 während der Rotation der Welle 8 auf den Oberflächen 10 der Borde 3, 5 sowie auf den stirnseitigen Oberflächen 11 der Wälzkörper 6. Hierdurch wird ein direkter gleitender und reibender Kontakt der Wälzkörperstirnflächen 11 mit den Bordinnenflächen 10, welcher mit einer aus der Drehzahl der Welle 8 resultierenden Relativgeschwindigkeit der Wälzkörper 6 und der Borde 3, 5 erfolgt, in zwei Gleitkontakte mit jeweils demgegenüber verringerter Relativgeschwindigkeit umgewandelt. Durch die vorteilhaft vorhandene reibungsmindernde und verschleißbeständige Oberflächenbeschichtung der beiden Gleitscheiben 17, 18 wird der Gleitkontakt zwischen dem jeweiligen Bord 3, 5 und der Gleitscheibe 17, 18 einerseits, und zwischen der Gleitscheibe 17, 18 und dem Wälzkörper 6 andererseits mit dem Ziel geringer Gleitreibung optimiert.
Die in der 2 als Gleitscheiben 17, 18 ausgebildete zusätzliche lasttragende Einrichtung 7 steht somit in der Weise in Gleitkontakt mit der Oberfläche 10 des Innenringbords 3 und mit der zu dieser benachbarten Stirnfläche 11 des Wälzkörpers 6, sowie in Gleitkontakt mit der Oberfläche 10 des Außenringbords 5 und mit der zu dieser benachbarten Stirnfläche 11 des Wälzkörpers 6, dass axiale Lasten vom Innenringbord 3 vermittels der Gleitscheibe 17 der zusätzlichen lasttragenden Einrichtung 7 auf die Wälzkörper 6 übertragen werden können. Die auf diese Weise in die Wälzkörper 6 eingeleiteten Axiallasten können bei dem erfindungsgemäßen Rollenlager 1 weiter vermittels der Gleitscheibe 18 der zusätzlichen lasttragenden Einrichtung 7 auf den Außenringbord 5 übertragen werden.
Durch die Ausbildung der zusätzlichen lasttragenden Einrichtung 7 als Gleitscheiben 17, 18 wird eine Reibungsverminderung im Bordkontakt in beliebiger Einbaulage des Rollenlagers 1 auf eine konstruktiv besonders einfache und platzsparende Weise erzielt. Bei dieser Lösung sind nur wenige Zusatzbauteile gegenüber einem herkömmlichen Rollenlager erforderlich, welche darüber hinaus mit wenig Zusatzaufwand zu fertigen sind. Die geringe Bauteilanzahl führt ferner zu einem robusten und kostengünstigen Rollenlager.
Selbstverständlich kann das in 2 gezeigte Rollenlager 1, wenn gewünscht, auch mit nur einer einzigen, entweder den Innenringbord 3 berührenden Gleitscheibe 17, oder den Außenringbord 5 berührenden Gleitscheibe 18 ausgeführt werden. Auf diese Weise wird nur einer der Bordkontakte der Wälzkörper 6, entweder mit den Innenringbord 3 oder dem Außenringbord 5, hinsichtlich einer Reibungsminderung optimiert.
3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rollenlagers in einer radialen Schnittdarstellung. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel in der 2 weist das Rollenlager in 3 zusätzlich einen Käfig 9 zur Führung der Wälzkörper 6 auf. Dieser Käfig 9 kann in Massivbauweise, z. B. aus einem Sondermessing, Stahl oder Stahlblech oder Kunststoff hergestellt sein.
4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rollenlagers in einer radialen Schnittdarstellung. Im Unterschied zu dem in 2 dargestellten Rollenlager 1 sind nun an beiden Lagerringen 2, 4, wie bei der bekannten Rollenlagerbauform NUP, jeweils zwei umlaufende Borde 3, 5, 23 vorgesehen. Um die Montierbarkeit des Lagers zu gewährleisten, ist der rechtsseitige Innenringbord 23 nicht einstückig mit dem Innenring 2 verbunden, sondern als loser Bord ausgeführt.
Auch bei dem Rollenlager 1 der 4 ist die axiale Abmessung der Wälzkörper 6 etwas geringer als der Abstand der beiden Außenringborde 5 in der axialen Richtung A. Gleichermaßen ist die axiale Abmessung der Wälzkörper 6 auch geringer als der axiale Abstand der beiden Innenringborde 3, 23.
Zwischen dem losen Innenringbord 23 und dem Wälzkörper 6 ist eine Gleitscheibe 19, zwischen dem festen Innenringbord 3 und dem Wälzkörper 6 eine Gleitscheibe 22 vorgesehen. Ferner ist zwischen den beiden festen Außenringborden 5 und dem Wälzkörper 6 jeweils eine Gleitscheibe 20, 21 angeordnet.
Die Gleitscheiben 19, 20, 21, 22 besitzen jeweils die Form eines sich in Umfangsrichtung erstreckenden Ringes, und sind wiederum mit Spiel in den Außenring 4 eingelegt oder auf den Innenring 2 aufgesetzt, und damit gegenüber den übrigen Lagerbauteilen, und auch gegeneinander, frei verdrehbar.
Durch den zusätzlichen losen Innenringbord 23 wird dem Rollenlager 1 die Fähigkeit verliehen, Axiallasten in beiden Richtungen entlang der Lagerlängsachse A aufnehmen zu können. Bei einer axialen Belastung des Außenrings 4 durch eine auf diesen von links nach rechts wirkende Last bewirken die Gleitscheiben 19, 21 eine Reibungsminderung bei der Aufnahme der Axiallast. Im Fall einer Belastung des Außenrings 4 in genau entgegen gesetzter Richtung übernehmen die Gleitscheiben 20, 22 diese Funktion.
5 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rollenlagers in einer radialen Schnittdarstellung. Auch dieses Rollenlager 1 weist als Zylinderrollen ausgebildete Wälzkörper 6 sowie einen Innenring 2 und einen Außenring 4 auf, die in der gleichen Weise wie oben bezüglich des Ausführungsbeispiels in 1 beschrieben ausgebildet und mit einem Innenringbord 3 und Außenringborden 5 versehen sind. Die Lagerringborde 3, 5 weisen den Wälzkörpern 6 zugewandte innere Oberflächen 10 auf. Weiterhin weist das Rollenlager 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen in besonderer, nachfolgend beschriebener Weise gestalteten Käfig 9 auf.
Auch hier ist zwischen dem Innenringbord 3 und dem Wälzkörper 6 sowie zwischen dem einen der beiden Außenringborde 5, welcher vom Wälzkörper 6 aus gesehen in axialer Richtung A dem Innenringbord 3 gegenüber liegt, und dem Wälzkörper 6 eine zusätzliche lasttragende Einrichtung 7 vorgesehen. Die zusätzliche lasttragende Einrichtung 7 weist eine Mehrzahl von Axialwälzkörpern 12 auf, welche jeweils zwischen dem Innenringbord 3 und dem Wälzkörper 6 sowie zwischen dem Außenringbord 5 und dem Wälzkörper 6 angeordnet sind.
Als Axialwälzkörper 12 sind in dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel Nadeln vorgesehen. Zusätzlich umfassen in der Umfangsrichtung des Rollenlagers 1 ausgedehnte Axiallagerkäfige 14 die Nadeln 12.
Zwei gegenüberliegende axiale Stirnseiten 13 des Käfigs 9 sind jeweils mit einer ringförmigen, in der Umfangsrichtung geschlossenen Laufbahn für die zugeordneten Axialwälzkörper 12 ausgebildet. Hierfür weist der Käfig 9 jeweils im Bereich seiner axialen Stirnseiten 13 einen sich im Wesentlichen in der radialen Richtung R erstreckenden Flansch 15 auf. Die ringförmig ausgebildete Laufbahn für die Axialwälzkörper 12 ist auf beiden Seiten des Käfigs 9 im Bereich des Flansches 15 konzentrisch zu den Lagerringen angeordnet.
An seinem radial äußeren Ende ist der dem Außenringbord 5 zugewandte Flansch 15 mit einem umlaufenden Vorsprung 16 versehen. Darüber hinaus weist der dem Innenringbord 3 zugewandte Flansch 15 im Bereich seines radial äußeren Endes ebenfalls einem umlaufenden Vorsprung 16 auf.
Die Axialwälzkörper 12 sind bei dem in 5 gezeigten Rollenlager 1 ebenso wie der Außenring 4, der Innenring 2 und die Wälzkörper 6 aus einem geeigneten Wälzlagerstahl gefertigt. Der Käfig 9 ist als massiver Stahlkäfig ausgeführt. Hierbei wälzen die zwischen dem Außenringbord 5 und dem Wälzkörper 6 vorgesehenen Axialwälzkörper 12 einerseits auf der dem Wälzkörper 6 zugewandten Innenfläche 10 des einen Außenringbords 5, andererseits auf der an der benachbarten Stirnseite 13 des Käfigs 9 vorgesehenen Laufbahn, ab.
Weiterhin wälzen die zwischen dem Innenringbord 3 und dem Wälzkörper 6 vorgesehenen Axialwälzkörper 12 auf der dem Wälzkörper 6 zugewandten Innenfläche 10 des Innenringbords 3 sowie auf der an der benachbarten Stirnseite 13 des Käfigs 9 vorgesehenen Laufbahn ab.
Die Axialwälzkörper 12 stehen somit in der Weise in Wälzkontakt mit einer Oberfläche 10 des Innenringbords 3 und mit einer Oberfläche 10 des Außenringbords 5 und mit den an den Stirnseiten 13 des Käfigs 9 ausgebildeten Laufbahnen, dass durch die Abwälzbewegung axiale Lasten vom Innenring 2 auf den Außenring 4 bei sehr geringer auftretender Gleitreibung übertragbar sind. Diese Kraftübertragung geschieht ausgehend vom Innenring 2 über den Innenringbord 3 mittels der auf dessen Oberfläche 10 und der Laufbahn abwälzenden Axialwälzkörper 12 auf den Käfig 9. Die in dieser Weise in den Käfig eingeleitete Axiallast wird mittels der auf der an der gegenüberliegenden Seite des Käfigs 9 ausgebildeten Laufbahn und auf der Oberfläche 10 des Außenringbords 5 abwälzenden Axialwälzkörper 12 auf den Außenring 4 übertragen.
Eine Ausführung des Käfigs 9 in Massivbauweise aus einem Stahl gewährleistet die Fähigkeit zur Aufnahme vergleichsweise großer Axiallasten. Auch eine Ausführung des Käfigs in Blechbauweise ist denkbar. Weiterhin möglich ist die Verwendung eines Kunststoffkäfigs, wobei jedoch die Metallausführung aufgrund der größeren Festigkeiten höhere zulässige Axiallasten ermöglicht.
Während ihrer Abwälzbewegung bei der Rotation der Welle 8 werden die Axialwälzkörper 12 durch die Axiallagerkäfige 14 längs einer vorbestimmten Bahn geführt. Darüber hinaus gewährleisten die Axiallagerkäfige 14, dass sich die Axialwälzkörper 12 während des Abwälzens gegenseitig nicht berühren. Ein reibendes Verschleißen durch den gegenseitigen Kontakt der Axialwälzkörper 12 wird somit vermieden.
Der an dem Flansch 15 vorgesehene Vorsprung 16 dient zur Führung des Axiallagerkäfigs 14. Hierdurch wird ein Auswandern des Axiallagerkäfigs 14 zusammen mit den durch ihn geführten Axialwälzkörpern 12 aus seiner Position im Bereich der konzentrisch zu den Lagerringen 2, 4 angeordneten Laufbahn verhindert. Denkbar wäre aber auch eine Ausführung ohne Vorsprünge 16, was den Vorteil einer besseren des Kontakts der Axialwälzkörper 12 hat.
Durch die Wahl von Nadeln als Axialwälzkörper 12 wird der Platzbedarf für die Axialwälzkörper 12 so gering wie möglich gehalten. Dies ist vorteilhaft, um die Verringerung der axialen Ausdehnung der Wälzkörper 6 und damit deren radialer Tragfähigkeit bei gleichzeitig unveränderten äußeren Abmessungen des Rollenlagers 1 gegenüber einem herkömmlichen Rollenlager dieser Baugröße gering zu halten.
Selbstverständlich ist es auch möglich, Gleitscheiben, wie sie bei den in den 2, 3 und 4 dargestellten Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Rollenlagers 1 vorgesehen sind, zur Übertragung einer Axiallast von einem Innenringbord 3 oder einem Außenringbord 5 durch Gleitkontakt mit den Stirnflächen 13 des Käfigs 9 auf diesen Käfig zu verwenden.
Obgleich die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, sei sie nicht darauf beschränkt, sondern lässt sich in mannigfaltiger Weise abändern, ohne dass vom Gegenstand der vorliegenden Erfindung abgewichen wird.
So sei die Erfindung nicht notwendigerweise auf die Anwendung bei Rollenlager für oder in Getriebe beschränkt, sondern lässt sich bei beliebigen Anwendungen, wie zum Beispiel bei Elektromotoren und dergleichen ebenfalls anwenden.
Auch die angegebene Konstruktion lässt sich auch abwandeln. Das gleiche gilt für die verwendeten Materialien, die lediglich als vorteilhafte Beispiele angegeben wurden.
Bezugszeichenliste

1: Rollenlager
2: Innenring
3: Innenringbord
4: Außenring
5: Außenringbord
6: Wälzkörper
7: zusätzliche lasttragende Einrichtung
8: Welle
9: Käfig
10: Oberfläche des Innenringbords oder Außenringbords
11: Stirnfläche des mindestens einen Wälzkörpers
12: Axialwälzkörper
13: axiale Stirnseite des Käfigs
14: Axiallagerkäfig
15: Flansch
16: umlaufender Vorsprung
17: Gleitscheibe
18: Gleitscheibe
19: Gleitscheibe
20: Gleitscheibe
21: Gleitscheibe
22: Gleitscheibe
23: loser Innenringbord
A: axiale Richtung (Lagerlängsachse)
R: radiale Richtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 1525205 C [0008]
- DE 1910794 U [0009]
- FR 731895 A [0011, 0011, 0011]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- DIN 5412 [0016]

Claims

Rollenlager (1), mit einem Innenring (2), welcher einen Innenringbord (3) aufweist; mit einem Außenring (4), welcher einen Außenringbord (5) aufweist; mit einer Mehrzahl von Wälzkörpern (6) zur Übertragung radialer Lasten, die zwischen dem Innenring (2) und dem Außenring (4) angeordnet sind; und mit einer zusätzlichen lasttragenden Einrichtung (7), die zur Übertragung axialer Lasten zwischen mindestens einem der Wälzkörper (6) und dem Innenringbord (3) und/oder dem Außenringbord (5) angeordnet ist.
Rollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenringbord (5) an dem Außenring (4) auf einer bezüglich einer axialen Richtung (A) des Rollenlagers (1) dem Innenringbord (3) gegenüberliegenden Seite vorgesehen ist.
Rollenlager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche lasttragende Einrichtung (7) ein Tragelement aufweist, welches relativ zu dem Innenring (2) und/oder zu dem Außenring (4) und/oder zu den Wälzkörpern (6) bewegbar, insbesondere in Umfangsrichtung des Rollenlagers (1) drehbar, angeordnet ist.
Rollenlager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche lasttragende Einrichtung (7) zur Übertragung axialer Lasten von dem Innenring (2) auf den Außenring (4) zwischen mindestens einem der Wälzkörper (6) und dem Innenringbord (3) und zwischen mindestens einem der Wälzkörper (6) und dem Außenringbord (5) vorgesehen ist.
Rollenlager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Käfig (9) zur Führung der Wälzkörper (6) vorgesehen ist.
Rollenlager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche lasttragende Einrichtung (7) eine Mehrzahl von Axialwälzkörpern (12) aufweist, mindestens eine axiale Stirnseite (13) des Käfigs (9) mit einer Laufbahn ausgebildet ist, und die Axialwälzkörper (12) in Wälzkontakt mit einer Oberfläche (10) des Innenringbords (3) oder des Außenringbords (5) und mit der Laufbahn derart stehen, dass axiale Lasten vom Innenringbord (3) oder vom Außenringbord (5) über die zusätzliche lasttragende Einrichtung (7) auf den Käfig (9) übertragbar sind.
Rollenlager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Axiallagerkäfig (14) zur Führung der Axialwälzkörper (12) vorgesehen ist.
Rollenlager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (9) im Bereich mindestens einer seiner axialen Stirnseiten (13) einen sich im Wesentlichen in radialer Richtung (R) erstreckenden Flansch (15) aufweist, wobei die Laufbahn ringförmig ausgebildet und im Bereich des Flansches (15) angeordnet ist, und der Flansch (15) an seinem radial inneren oder äußeren Ende mit einem umlaufenden Vorsprung (16) zur Führung des Axiallagerkäfigs (14) versehen ist.
Rollenlager nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialwälzkörper (12) als Nadeln ausgebildet sind.
Rollenlager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche lasttragende Einrichtung (7) in der Weise in Gleitkontakt mit einer Oberfläche (10) des Innenringbords (3) oder des Außenringbords (5) und mit einer zu dieser benachbarten Stirnfläche (11) des mindestens einen Wälzkörpers (6) steht, dass axiale Lasten vom Innenringbord (3) oder vom Außenringbord (5) über die zusätzliche lasttragende Einrichtung (7) auf den mindestens einen Wälzkörper (6) übertragbar sind.
Rollenlager nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche lasttragende Einrichtung (7) als eine in Umfangsrichtung geschlossene, ringförmige Gleitscheibe (17, 18) ausgebildet ist.
Rollenlager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenringbord (3) einstückig mit dem Innenring (2) ausgebildet ist und/oder der Außenringbord (5) einstückig mit dem Außenring (4) ausgebildet ist.
Rollenlager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der zusätzlichen lasttragenden Einrichtung (7) und/oder des Innenringbordes (3) und/oder des Außenringbordes (5) und/oder die Stirnflächen (11) der Wälzkörper (6) ganz oder teilweise mit einer die Gleitreibung vermindernden Beschichtung versehen sind.
Rollenlager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche lasttragende Einrichtung (7) zumindest teilweise aus einem Metall oder aus einer metallischen Legierung, zum Beispiel einem durchhärtenden Stahl oder einer Bronze, und/oder aus einem reibungsmindernden Material, beispielsweise aus einem geeigneten Kunststoff, gefertigt ist.
Rollenlager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (6) als Zylinderrollen oder als Kegelrollen ausgebildet sind.