DE102006044802A1

DE102006044802A1 - Kombiniertes Rollen-Kugellager

Info

Publication number: DE102006044802A1
Application number: DE200610044802
Authority: DE
Inventors: Thorsten Dipl.-Ing. Biermann (FH); Roland Kern
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-09-22
Filing date: 2006-09-22
Publication date: 2008-03-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein kombiniertes Rollen-Kugellager (1) mit einem Innen- (2) und einem Außenring (3), die mit je einer zugehörigen Laufrille (4, 5) versehen sind, zwischen denen in einem Käfig (16) geführte Rollen (14) und Kugeln (15) mit unterschiedlichem Durchmesser abrollen, wobei die Kugeln (15) in den Laufrillen (4, 5) und die Rollen (14) auf verbleibenden Schulterflächen (10, 11, 12, 13) abrollen. In erfindungsgemäßer Weise ist das Kugellager als ein Vierpunktkugellager ausgebildet. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Lagers (1) wird eine konkrete Trennung von aufzunehmenden Radial- und Axialkräften gewährleistet, wobei die Radialkräfte von den Rollen (14) und die Axialkräfte von den Kugeln (15) aufgenommen sind.

Description

Anwendugsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein kombiniertes Rollen-Kugellager mit einem Innen- und einem Außenring, die mit je einer zugehörigen Laufrille versehen sind, zwischen denen in einem Käfig geführte Rollen und Kugeln mit unterschiedlichem Durchmesser abrollen, wobei die Kugeln in den Laufrillen und die Rollen auf verbleibenden Schulterflächen abrollen.
Hintergrund der Erfindung
Kombinierte Rollen-Kugellager sind bereits in verschiedenen Ausführungsformen bekannt.
So ist beispielsweise in der DE-OS 2 304 389 ein solches Lager vorbeschrieben. Das in den Zeichnungen 1 bis 5 dargestellte Lager weist einen Innenlaufring 10 von L-förmigen Querschnitt auf, der eine zylindrische Außenlagerfläche 10a und eine unter einem rechten Winkel dazu angeordnete Lagerfläche 10b bildet. Um den Laufring 10 herum ist ein entgegengesetzt gerichteter Außenlaufring 11 angeordnet, der ebenfalls einen L-förmigen Querschnitt besitzt und eine zylindrische Außenlagerfläche 11a sowie eine Lagerfläche 11b festlegt, die unter einem rechten Winkel zur Lagerfläche 11a angeordnet ist und ihr gegenüber liegt. Zwischen den Laufringen ist eine Anordnung aus einander abwechselnden Rollen 12 und Kugeln 13 vorgesehen. Die Rollen 12 besitzen einen geringfügig größeren Durchmesser als die Kugeln 13 und sind mit ihren Achsen parallel zu den Lagerflächen 10a und 11a angeordnet, so dass sie zwischen diesen beiden Flächen ein Rollenwälzlager bilden. Die axiale Länge der Rollen 12 ist dabei geringfügig kleiner als der Durchmesser der Kugeln 13, so dass letztere Axialkräfte zwischen den Lagerflächen 10b und 11b zu übertragen vermögen.
Nachteilig dabei ist, dass die im Durchmesser kleineren Lagerkugeln in keiner Rille, sondern auf einer ebenen Fläche abwälzen. Dies hat zur Folge, dass die Lagerkugeln nur axial wirkende Kräfte, aber keine radial angreifenden Kräfte aufnehmen können. Daraus ergibt sich eine geringere Tragzahl der gesamten Lageranordnung. Darüber hinaus kann dieses kombinierte Rollen-Kugellager aufgrund der L-förmigen Bauform seiner Lagerringe Axialkräfte nur in jeweils einer Richtung aufnehmen.
Ein weiteres kombiniertes Rollen-Kugellager ist aus der DE 41 42 433 C1 vorbekannt. Wie aus den 1, 2 und 3 hervorgeht, weist der Käfig 4 des Wälzlagers 1 zwischen den Rollentaschen 5 als Haltebereiche jeweils Kugeltaschen 9 auf, in welchen verliersicher Kugeln 10 als Wälzkörper angeordnet sind. Diese Kugeln 10 laufen nach 3 in den Wälzbahnen 7 und 8 des Innen- und Außenringes 2 und 3. Der Käfig 4 kann hierbei mindestens drei, über den Umfang symmetrisch verteile Kugeln 10 aufweisen, welche in den Kugeltaschen 9 angeordnet sind. Durch die Paarung von Rollen 6 und Kugeln 10 so wie durch das Einklipsen der Kugeln 10 in die Kugeltaschen 9 ergibt sich eine Anordnung unterschiedlicher Wälzkörper. Der Käfig 4 wird zwischen den Ringen 2, 3 des Lagers geführt und so einwandfrei gehalten, dass er seitlich nicht heraus gleiten kann.
Nachteilig dabei ist, dass die Kugeln ebenfalls auf ebenen Laufflächen abwälzen und so keine axialen Kräfte übertragen können. Die Übertragung von axialen Kräften erfolgt durch die Rollen 10, was allerdings mit einer vermehrten Reibung verbunden ist, da die Rollen mit ihren Stirnflächen an den Borden der Lagerringe schleifend anliegen. Wenn sich der Teil des Wälzlagerkäfigs 4 mit den Lagerkugeln 10 im Lastbereich befindet, ist au ßerdem eine Verringerung der Tragzahl gegeben. In dieser Vorveröffentlichung sind die Lagerkugeln 10 lediglich zu einer einwandfreien Führung des Lagerkäfigs 4 vorgesehen.
Ein gattungsgemäßes kombiniertes Rollen-Kugellager ist aus der DE 1 898 225 U1 vorbekannt. Das Lager nach der 1 besteht aus dem Außenring 1, dem Innenring 2 und den zwischen den beiden Lagerringen 1, 2 angeordneten Rollen 3 und Kugeln 4. Die Kugeln 4 rollen in den in die beiden Lagerringe 1, 2 eingearbeiteten Laufrillen 5 und 6 und die Rollen 3 auf den Schultern 7, 8, 9 und 10 zu beiden Seiten der Laufrillen 5 und 6 ab. Ein Käfig 11 hält die einzelnen Wälzkörper 3, 4 im Lager. Dieser Käfig 11 ist nach 2 abwechselnd mit Taschen 12, 13 für die Rollen 3 und für die Kugeln 4 versehen. Während die Taschen 12 für die Rollen 3 nach beiden Seiten geschlossen sind, sind die Kugeltaschen 13 nach einer Seite hin offen. Dadurch wird es möglich, den mit Rollen 3 bestückten Käfig 11 von der Seite her in das vormontierte Lager, d.h., die Kugeln 4 wurden bereits in bekannter Weise zwischen die beiden Lagerringe 1, 2 eingeführt. Um ein Herausfallen des Käfigs im Betrieb zu vermeiden, werden die Kugeltaschen 13 an ihren offenen Seiten in bekannter Weise verstemmt, d.h., durch Materialverformungen 15 und 16 wird die Öffnung geschlossen. Beim Käfig 11 nach 3, bei dem zwischen zwei Kugeln 17 drei Nadeln 18 angeordnet sind, erfolgt die Halterung des Käfigs 11 durch an den offenen Enden der Kugeltaschen 19 vorgesehene elastische Zungen 20. Beim Einscheiben des Käfigs 11 geben die elastischen Zungen 20 nach, so dass die Kugeln 17 einschnappen können.
Nachteilig dabei ist, dass dieses kombinierte Rollen-Kugellager einen Druckwinkel von nahezu 0° aufweist, so dass es in axialer Richtung relativ geringe Kräfte aufnehmen kann. Auch bei diesem gattungsgemäßen Lager, das in erster Linie zur Aufnahme von radialen Kräften ausgelegt ist, werden die Kugeln zur Fixierung des Käfigs verwendet.
Zusammenfassung der Erfindung
Ausgehend von den Nachteilen des bekannten Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes kombiniertes Rollen-Kugellager bereit zu stellen, das optimal an gegebene Lastverhältnisse sowohl in axialer als auch in radialer Richtung einstellbar ist und das darüber hinaus noch einfach handhabbar ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen Oberbegriff dadurch gelöst, dass das Kugellager als ein Vierpunktkugellager ausgebildet ist, so dass die Laufrillen je zwei Berührungspunkte aufweisen.
Vierpunktkugellager haben am Innenring und am Außenring je zwei kreisbogenförmige Laufbahnen, deren Krümmungsmittelpunkte so gegeneinander versetzt sind, dass die Kugeln die Laufringe bei radialer Belastung in vier Punkten berühren. Die Lager sind für wechselnde, rein axiale Belastung oder überwiegende Axiallast geeignet. Dabei berühren die Kugeln den Innen- und Außenring nur an je einem Punkt, wie in einem axial belasteten Schrägkugellager. Die Kugeln, die, wie vorstehend bereits ausgeführt, insbesondere zur Aufnahme von axialen Kräften dienen, sind dabei in den Laufrillen angeordnet, während die Rollen, die zur Aufnahme der radialen Kräfte dienen, auf den verbleibenden Schulterflächen abrollen. Bei der erfindungsgemäßen Lagerkonstruktion wird demnach die radiale Tragkraft in erster Linie von den Rollen und die axiale Tragkraft in erster Linie vom Vierpunktkugellager übernommen. Durch diese Trennung von radialer und axialer Lastaufnahme ist es möglich, durch unterschiedliche Stellung und Anzahl von Rollen und Kugeln das kombinierte Rollen-Kugellager an den jeweiligen Belastungsfall konkret anzupassen.
Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
So ist nach Anspruch 2 vorgesehen, dass das Vierpunktkugellager ungeteilte Lagerringe aufweist. Die kompakt ausgebildeten Lagerringe sorgen dafür, dass das kombinierte Rollen-Kugellager nicht in seine Einzelteile beim Transport zerfallen kann. Darüber hinaus wird durch diese Gestaltung auch dem Endverbraucher die Montage eines solchen Lagers vereinfacht, da es als unverlierbare Baueinheit geliefert wird.
Nach Anspruch 3 ist vorgesehen, dass das Vierpunktkugellager einen Druckwinkel von 35° aufweisen soll. Dieser hohe Druckwinkel sorgt dafür, dass hohe axiale Kräfte in beiden Richtungen aufgenommen werden können.
Nach einem weiteren Merkmal gemäß Anspruch 4 ist vorgesehen, dass die Rollen und die Kugeln symmetrisch im Käfig angeordnet sind, wobei eine Rolle einer Kugel oder mehrere Rollen mehreren Kugeln in Umfangsrichtung folgen. Die Art der im Käfig angeordneten Rollen und Kugeln wird vom jeweiligen Anwendungsfall bestimmt. Werden hohe radiale und etwas geringere axiale Kräfte aufgenommen, so werden in erster Linie Zylinderrollen vorhanden sein, während im umgekehrten Fall, in erster Linie Kugeln angeordnet sind.
Schließlich ist nach einem letzten Merkmal der Erfindung gemäß Anspruch 5 vorgesehen, dass dieses kombinierte Rollen-Kugellager zur Lagerung von Wellen im Getriebebau eingesetzt ist. Das ist immer besonders dann der Fall, wenn hohe Belastungen in beiden axialen Richtungen auftreten und wo eine enge axiale Führung und eine geringe Lagerbreite gefordert werden.
Die Erfindung wird an nachstehendem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in vereinfachter Form dargestellt ist.
Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäß kombiniertes Rollen-Kugellager und
2 eine perspektivische Darstellung von in Umfangsrichtung hintereinander angeordneten Rollen und Kugeln des Lagers in 1.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Das in den 1 und 2 dargestellte Rollen-Kugellager 1 besteht aus dem Innenring 2 und dem Außenring 3, die um die Achse 17 konzentrisch zueinander angeordnet sind. Sowohl der Innenring 2 aus auch der Außenring 3 sind mit Laufrillen 4, 5 versehen, die beidseitig von den Schultern 6, 7, 8, 9 begrenzt sind. Die Schultern 6 und 7 des Innenringes 2 werden von den Schulterflächen 10 und 11 fortgesetzt, die parallel zur Lagerachse 17 verlaufen. Das gleiche trifft für die Schultern 12 und 13 des Außenringes 3 zu, die ebenfalls parallel zur Lagerachse 17 verlaufen. Zwischen beiden Lagerringen 2 und 3 sind Wälzkörper in Form von Rollen 14 und Kugeln 15 angeordnet, die im gemeinsamen Käfig 16 untergebracht sind.
Die Montage des kombinierten Rollen-Kugellagers 1 erfolgt derart, dass zunächst die ungeteilten Lagerringe 2, 3 exzentrisch zueinander verschoben werden und in den sichelartigen Freiraum die maximale Anzahl von Kugeln 15 eingefüllt werden. Größe und Anzahl der Kugeln 15 sind so bemessen, dass man den Innenring 2 zwischen erster und letzter Kugel 15 unter Ausnutzung der Elastizität beider Lagerringe 2, 3 in die zum Außenring 3 konzentrische Stellung bringen kann. Dann werden die Kugeln 15 auf dem Umfang gleichmäßg verteilt und der Käfig 16 kann mit den Rollen 14 seitlich eingesetzt werden.
Wie insbesondere aus 2 ersichtlich, ist im Ausführungsbeispiel die Anordnung der Wälzkörper so gewählt, dass in Umfangsrichtung eine Rolle 14 hinter einer Kugel 15 angeordnet ist, der wiederum eine Rolle 14 und der wiederum eine Kugel 15 folgt. Die Laufbahnen für die Rollen 14 werden einerseits von den Schulterflächen 10 und 11 des Innenringes 2 und andererseits von den Schulterflächen 12 und 13 des Außenringes 3 gestellt. Die Kugeln 15 wiederum wälzen auf Laufrillen 4, 5 ab, die so gestaltet sind, dass deren zwei Krümmungsmittelpunkte gegeneinader versetzt sind, so dass die Kugeln 15 sich bei radialer Belastung in den Berührungspunkten 18, 19 des Innenringes 2 und den Berührungspunkten 20, 21 des Außenringes 3 berühren. Wie aus 1 weiter erkennbar, weist das Vierpunktkugellager die Drucklinien 22 und 23 auf, die einerseits von den Berührungspunkten 18 und 21 und andererseits von den Berührungspunkten 19 und 20 begrenzt sind. Der zugehörige Druckwinkel α wird von der Radialebene 24 sowie von den Drucklinien 22 und 23 begrenzt.
Der 1 ist weiter entnehmbar, dass innerhalb des Rollen-Kugellagers 1 eine strikte Trennung von aufzunehmenden Radial- und Axialkräften gewährleistet ist. Bei einem in einem nicht dargestellten Gehäuse fest verankerten Außenring 3 werden von den Schulterflächen 10, 11 des Innenrings 2 ausgehende Radialkräfte über die Rollen 14 auf die Schulterflächen 12 und 13 des Außenringes 3 übertragen. Die Kugeln 15 übernehmen im Gegensatz dazu die Übertagung von axialen Kräften in beide Richtungen. Wird der Innenring 2 entsprechend dem Pfeil mit einer von links nach rechts wirkenden Kraft F1 beaufschlagt, so wird diese vom Berühungspunkt 19 des Innenringes 2 auf den Berührungspunkt 20 des Außenringes 3 und somit das Gehäuse übertragen. Im umgekehrten Fall, der durch den zweiten Pfeil dargestellt ist, erfolgt die Übertragung der axialen Kraft F2 vom Berührungspunkt 18 des Innenrings 2 auf den Berührungspunkt 21 des Außenringes 3 bis hin zum Gehäuse.
Das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Rollen-Kugellager wird besonders vorteilhaft zur Lagerung von Wellen im Getriebebau eingesetzt. Durch die Kombination von Rollen- und Vierpunktkugellager werden auf engem Bauraum, d.h., bei geringer Baubreite eine hohe radiale und axiale Tragfähigkeit realisiert. Die Aufsplittung in radiale und axiale Kräfte aufnehmende Wälzkörper ermöglicht es, dass das Lager auf jeden Anwendungsfall mit den jeweiligen Belastungsfällen exakt einstellbar ist, wobei insbesondere in axialer Richtung durch das Vierpunktkugellager eine hohe Positionsgenauigkeit durch dessen geringes Axialspiel gegeben ist. Dadurch bedingt ist ein solches Lager mit seinem geringen Reibungsanteil bei hohen Drehzahlen bestens geeignet.

1: Rollen-Kugellager
2: Innenring
3: Außenring
4: Laufrille
5: Laufrille
6: Schulter
7: Schulter
8: Schulter
9: Schulter
10: Schulterfläche
11: Schulterfläche
12: Schulterfläche
13: Schulterfläche
14: Rolle
15: Kugel
16: Käfig
17: Lagerachse
18: Berührungspunkt
19: Berührungspunkt
20: Berührungspunkt
21: Berührungspunkt
22: Drucklinie
23: Drucklinie
24: Radialebene
α: Druckwinkel
F1: Kraft
F2: Kraft

Claims

Kombiniertes Rollen-Kugellager (1) mit einem Innen- (2) und einem Außenring (3), die mit je einer zugehörigen Laufrille (4, 5) versehen sind, zwischen denen in einem Käfig (16) geführte Rollen (14) und Kugeln (15) mit unterschiedlichem Durchmesser abrollen, wobei die Kugeln (15) in den Laufrillen (4, 5) und die Rollen (14) auf verbleibenden Schulterflächen (10, 11, 12, 13) abrollen, dadurch gekennzeichnet, dass das Kugellager als ein Vierpunktkugellager ausgebildet ist, so dass die Laufrillen (4, 5) je zwei Berührungspunkte (18, 19, 20, 21) aufweisen.
Kombiniertes Rollen-Kugellager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vierpunktkugellager ungeteilte Lagerringe (2, 3) aufweist.
Kombiniertes Rollen-Kugellager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vierpunktkugellager einen Druckwinkel (α) von 35° aufweist.
Kombiniertes Rollen-Kugellager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollen (14) und die Kugeln (15) symmetrisch im Käfig (16) angeordnet sind, wobei eine Rolle (14) einer Kugel (15) oder mehrere Rollen (14) mehreren Kugeln (15) in Umfangsrichtung folgen.
Kombiniertes Rollen-Kugellager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Lagerung von Wellen im Getriebebau eingesetzt ist.