DE102017128800A1

DE102017128800A1 - Rollenlager

Info

Publication number: DE102017128800A1
Application number: DE102017128800.7A
Authority: DE
Inventors: Martin Grehn
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2017-12-05
Filing date: 2017-12-05
Publication date: 2019-06-06

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Rollenlager (1), aufweisend einen Außenring (2) mit einer im Wesentlichen hohlsphärischen Außenringlaufbahn (3) und einen Innenring (4) mit einer ebenfalls im Wesentlichen hohlsphärischen, komplementären Innenringlaufbahn (5), und mit zwischen diesen hohlsphärischen Laufbahnen (3, 5) angeordneten Wälzkörpern (6), welche ballige Profile aufweisen, wobei der Krümmungsradius (D3) der Außenringlaufbahn (3) ungleich dem Abstand (DA) des Außendurchmessers der Außenringlaufbahn (3) von der Drehachse (WA) des Rollenlagers (1) ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Krümmungsradius (D3) der Außenringlaufbahn (3) kleiner ist als der Abstand (DA) des Außendurchmessers der Außenringlaufbahn (3) von der Drehachse (WA) des Rollenlagers (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Rollenlager, aufweisend einen Außenring mit einer im Wesentlichen hohlsphärischen Außenringlaufbahn und einen Innenring mit einer ebenfalls im Wesentlichen hohlsphärischen, komplementären Innenringlaufbahn, und mit zwischen diesen hohlsphärischen Laufbahnen angeordneten Wälzkörpern, welche ballige Profile aufweisen, wobei der Krümmungsradius der Außenringlaufbahn ungleich dem Abstand des Außendurchmessers der Außenringlaufbahn von der Drehachse des Rollenlagers ist.
Ein derartiges Rollenlager ist aus der DE 196 12 589 A1 bekannt. Es handelt sich dabei um eine in X-Anordnung ausgeführte Lagerung eines Planetenrades, die mit zwei im Abstand zueinander eingesetzten Schrägrollenlagern versehen ist. Die tonnenförmigen Nadeln dieses Rollenlagers sind mit großem Radius gekrümmt und gegenüber ihrem Durchmesser erheblich länger ausgebildet. Die Laufbahnen beider Schrägrollenlager sind kreisförmig gekrümmt und haben ihren Mittelpunkt jeweils radial außerhalb des Laufbahndurchmessers sowie axial zwischen innerer Seitenfläche und der axialer Mitte des betreffenden Schrägrollenlagers. Dadurch ist die Lagerung bei geringsten Abmessungen geringfügig schwenkbar und axial belastbar. Das Maß der Schwenkbarkeit wird durch das bewusst vorgesehene Radialspiel in der Normallage bestimmt. Die Tragfähigkeit dieser Schrägrollenlager ist für den genannten Anwendungszweck ausreichend und ein Querstellen sowie Blockieren der tonnenförmigen Nadeln ist wegen ihrer großen Länge nicht gegeben.
Vor diesem Hintergrund lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Rollenlager so zu gestalten, dass eine höhere Tragfähigkeit des Rollenkontakts an den Außen- und Innenringlaufbahnen über die Druckellipsen erhöht wird und gleichzeitig ein Querstellen sowie Blockieren der Wälzkörper verhindert wird.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Rollenlager mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen genannt.
Demnach betrifft die Erfindung Rollenlager, aufweisend einen Außenring mit einer im Wesentlichen hohlsphärischen Außenringlaufbahn und einen Innenring mit einer ebenfalls im Wesentlichen hohlsphärischen, komplementären Innenringlaufbahn, und mit zwischen diesen hohlsphärischen Laufbahnen angeordneten Wälzkörpern, welche ballige Profile aufweisen, wobei der Krümmungsradius der Außenringlaufbahn ungleich dem Abstand des Außendurchmessers der Außenringlaufbahn von der Drehachse des Rollenlagers ist.
Bei diesem Rollenlager ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass der Krümmungsradius der Außenringlaufbahn kleiner ist als der Abstand des Außendurchmessers der Außenringlaufbahn von der Drehachse des Rollenlagers.
Diese geometrische Gestaltung des erfindungsgemäßen Rollenlagers ist somit derart, dass der radiale Mittelpunkt des Krümmungsradius der Außenringlaufbahn zwischen der Lagermittellinie oder Lagerrotationsachse und der Innenringlaufbahn angeordnet ist. Dadurch werden die Wälzkörper zu Tonnenrollen und die Wälzkörper lassen sich über die Druckellipsen am Innenring- und Außenringkontakt steuern, so dass das Querstellen und Blockieren verhindert wird. Die Tragfähigkeit des Rollenkontaktes ist damit deutlich höher als bei dem Schrägrollenlager mit tonnenförmigen Nadeln gemäß dem genannten Stand der Technik.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung eines die Merkmale der Erfindung aufweisenden Rollenlagers ist vorgesehen, dass der Abstand des Krümmungsmittelpunktes des Krümmungsradius der Außenringlaufbahn von der Drehachse des Rollenlagers größer ist als der 0,01-fache Abstand des Außendurchmessers der Außenringlaufbahn von der Drehachse des Rollenlagers.
Weiter ist bevorzugt vorgesehen, dass der Abstand des Krümmungsmittelpunktes des Krümmungsradius der Außenringlaufbahn von der Drehachse des Rollenlagers geringer ist als die Differenz zwischen dem Abstand des Außendurchmessers der Außenringlaufbahn von der Drehachse des Rollenlagers und dem Durchmesser der Wälzkörper.
Je nachdem, ob das erfindungsgemäße Rollenlager mit zur Drehachse des Rollenlagers parallelen Drehachsen der Wälzkörper oder als Schrägrollenlager mit einem Druckwinkel der Drehachsen der Wälzkörper gegenüber der Drehachse des Schrägrollenlagers ausgebildet ist, kann vorgesehen sein, dass der Krümmungsmittelpunkt der Außenringlaufbahn in einen Bereich liegt, welcher von der axialen Mitte des Rollenlagers bis zu einer Seitenfläche des als Schrägrollenlager ausgebildeten Rollenlagers einerseits sowie andererseits zwischen der Wälzlagerdrehachse und dem Innenring reicht.
Als zusätzliche Sicherheit gegen ein Querstellen und Blockieren der Wälzkörper können diese in einem Käfig geführt sein.
Vorzugsweise sind die Wälzkörper als Tonnenrollen ausgebildet, deren axiale Länge gleichgroß oder größer ist als der doppelte Durchmesser dieser Wälzkörper, wodurch eine große Tragfähigkeit des Rollenkontaktes erreicht wird.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung des die Merkmale der Erfindung aufweisenden Rollenlagers kann vorgesehen sein, dass das Schmiegungsverhältnis der Außenringlaufbahn zum balligen Wälzkörperprofil der Wälzkörper gleichgroß ist wie das Schmiegungsverhältnis der Innenringlaufbahn zum balligen Wälzkörperprofil und dabei 101% beziehungsweise 101% beträgt
Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass das Schmiegungsverhältnis der Außenringlaufbahn zum balligen Wälzkörperprofil der Wälzkörper enger ist als an der Innenringlaufbahn und dabei 101,5% beziehungsweise 103% beträgt.
Schließlich kann vorgesehen sein, dass das Schmiegungsverhältnis der Außenringlaufbahn zum balligen Wälzkörperprofil der Wälzkörper größer ist als an der Innenringlaufbahn und dabei 103% beziehungsweise 101,5% beträgt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen weiter erläutert. In dieser Zeichnung zeigt

1 einen radialen Teilschnitt durch ein erfindungsgemäßes Rollenlager in einer ersten Ausführungsform, und
2 einen radialen Teilschnitt durch ein als Schrägrollenlager ausgeführtes Rollenlagers gemäß einer zweiten Ausführungsform.

In der Zeichnung sind gleiche Elemente der beiden Ausführungsformen des Rollenlagers mit den gleichen Bezugsziffern und Buchstabenkennzeichnungen versehen.
1 zeigt demnach ein Rollenlager 1 mit einem Außenring 2, welcher eine im Wesentlichen hohlsphärische Außenringlaufbahn 3 aufweist, und mit einem Innenring 4, welcher ebenfalls eine im Wesentlichen hohlsphärische, komplementäre Innenringlaufbahn 5 hat. Zwischen dem Innenring 4 und dem Außenring 2 sind als Tonnenrollen ausgebildete Wälzkörpern 6 angeordnet, die auf den genannten Laufbahnen 3, 5 abrollen können. Mit dem Bezugszeichen W_A ist die Wälzlagerdrehachse bezeichnet, auf der die axiale Mitte 7 des Rollenlagers 1 eingezeichnet ist. Die Außenringlaufbahn 3 weist einen Krümmungsradius D₃ auf, dessen radialer Krümmungsmittelpunkt M_A in der axialen Mitte 7 des Rollenlagers 1 mit einem axialen Abstand von einer Seitenfläche 8 des Innenrings 4 und mit einem radialen Abstand A von der Wälzlagerdrehachse W_A eingezeichnet ist. Der radiale Krümmungsmittelpunkt M_J des Krümmungsradius D₅ der Innenringlaufbahn 5 ebenfalls in der axialen Mitte 7 des Rollenlagers 1, jedoch außerhalb des Außendurchmessers des Außenrings 2.
Erkennbar ist der Krümmungsradius D₃ der Außenringlaufbahn 3 kleiner als der Abstand D_A des Außendurchmessers der Außenringlaufbahn 3 von der Drehachse W_A des Rollenlagers 1. Außerdem ist bei diesem Rollenlager 1 vorgesehen, dass der Abstand A des radialen Krümmungsmittelpunktes M_A des Krümmungsradius D₃ der Außenringlaufbahn 3 von der Drehachse W_A des Rollenlagers 1 größer ist als der 0,01-fache Abstand D_A des Außendurchmessers der Außenringlaufbahn 3 von der Drehachse W_A des Rollenlagers 1.
Weiter ist erkennbar, dass der Abstand A des radialen Krümmungsmittelpunktes M_A des Krümmungsradius D₃ der Außenringlaufbahn 3 von der Drehachse W_A des Rollenlagers 1 geringer ist als die Differenz zwischen dem Abstand D_A des Außendurchmessers der Außenringlaufbahn 3 von der Drehachse W_A des Rollenlagers 1 und dem Durchmesser Dw der Wälzkörper 6.
Die als Tonnenrollen ausgebildeten Wälzkörper 6 können mittels eines nur in 2 dargestellten Käfigs 15 geführt sein, jedoch lassen sich die als Tonnenrollen ausgeführten Wälzkörper 6 über die Druckellipsen am Innen- und Außenringkontakt so steuern, dass ein Querstellen und Blockieren derselben verhindert wird, wobei gleichzeitig eine höhere Tragfähigkeit des Rollenkontakts erreicht wird.
Die als Tonnenrollen ausgebildeten Wälzkörper 6 weisen eine axiale Länge auf, welche gleichgroß oder größer ist als der doppelte Durchmesser der Wälzkörper 6. Eine Käfigführung ist bei den als Tonnenrollen ausgeführten Wälzkörpern 6 allenfalls dann erforderlich, wenn deren axiale Länge vergleichsweise gering ist.
Das Zusammenfügen des erfindungsgemäßen Rollenlagers kann vorzugsweise über einen Füllbogen analog einem herkömmlichen Kugellager erfolgen.
Wie bei allen Rollenlager hat auch das erfindungsgemäße Rollenlager 1 ein Laufbahnprofil, das im Axialschnitt gekrümmt ist, weshalb die Laufbahnen 3, 5 des Außenrings 2 und des Innenrings 4 einen etwas größeren Radius aufweisen, als die Wälzflächengeometrie der Wälzkörper 6. Dieser Krümmungsunterschied in der Axialebene wird durch die Schmiegung gekennzeichnet.
Je nach Anwendungsfall und Beanspruchung des erfindungsgemäßen Rollenlagers 1 kann das Schmiegungsverhältnis der Außenringlaufbahn 3 zum balligen Wälzkörperprofil gleich dem Schmiegungsverhältnis der Innenringlaufbahn 5 zum balligen Wälzkörperprofil sein, insbesondere 101% zu 101% betragen. Das Schmiegungsverhältnis an der Außenringlaufbahn 3 kann auch enger als an der Innenringlaufbahn 5 sein, insbesondere 101,5% zu 103% betragen. Schließlich kann das Schmiegungsverhältnis an der Außenringlaufbahn 3 weiter als an der Innenringlaufbahn sein, insbesondere 103% zu 101,5% betragen.
Bei dem erfindungsgemäßen Rollenlager gemäß 2 handelt es sich um ein Schrägrollenlager 9 mit einem Druckwinkel α und mit einem Außenring 10, dessen Außenringlaufbahn 11 um diesen Druckwinkel α gegenüber der Wälzlagerdrehachse W_A geneigt ist. Das gleiche gilt für die Innenringlaufbahn 13 des dortigen Innenrings 12, so dass auch die Drehachsen der als Tonnenrollen ausgebildeten Wälzkörper 14 entsprechend geneigt verlaufen. Die als Tonnenrollen ausgebildeten Wälzkörper 14 sind bei diesem Ausführungsbeispiel durch einen Käfig 15 geführt. Die axiale Mitte 16 des Schrägrollenlagers 9 ist in 2 ebenso markiert wie die rechte Seitenfläche 17 des Innenrings 12.
Die weiteren Bezeichnungen, die mit denen der 1 übereinstimmen, wurden beibehalten. Dementsprechend gelten auch die Maßangaben für die Ausführungsform gemäß 2. Für beide Ausführungsformen gilt, dass sich die als Tonnenrollen ausgebildeten Wälzkörper 6, 14 über die Druckellipsen am Innenring- und Außenringkontakt so steuern lassen, dass das Querstellen sowie Blockieren derselben verhindert wird, und dass die Tragfähigkeit des Rollenkontaktes deutlich höher als beim punktförmigen Kugelkontakt eines Kugellagers ist.
Bezugszeichenliste

1: Rollenlager
2: Außenring des Rollenlagers
3: Außenringlaufbahn des Außenrings 2
4: Innenring des Rollenlagers
5: Innenringlaufbahn des Innenrings 4
6: Wälzkörper, Tonnenrollen
7: Axiale Mitte des Rollenlagers
8: Seitenfläche des Rollenlagers
9: Schrägrollenlager
10: Außenring des Schrägrollenlagers
11: Außenringlaufbahn des Außenrings 10
12: Innenring
13: Innenringlaufbahn des Innenrings 12
14: Wälzkörper, Tonnenrollen
15: Käfig
16: Axiale Mitte des Schrägrollenlagers
17: Seitenfläche des Schrägrollenlagers
WA: Wälzlagerdrehachse
MA: Krümmungsmittelpunkt des Krümmungsradius D3 der Außenringlaufbahn
DA: Abstand des Außendurchmessers der Außenringlaufbahn von WA
D3: Krümmungsradius der Außenringlaufbahn
DW: Durchmesser der Wälzkörper
A: Abstand WA bis MA
MJ: Krümmungsmittelpunkt des Krümmungsradius D5 der Innenringlaufbahn
D5: Krümmungsradius der Innenringlaufbahn
D6: Krümmungsradius des als Tonnenrolle ausgeführten Wälzkörpers
α: Druckwinkel

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 19612589 A1 [0002]

Claims

Rollenlager (1, 9), aufweisend einen Außenring (2, 10) mit einer im Wesentlichen hohlsphärischen Außenringlaufbahn (3, 11) und einen Innenring (4, 12) mit einer ebenfalls im Wesentlichen hohlsphärischen, komplementären Innenringlaufbahn (5, 13), und mit zwischen diesen hohlsphärischen Laufbahnen (3, 5; 11, 13) angeordneten Wälzkörpern (6, 14), welche ballige Profile aufweisen, wobei der Krümmungsradius (D3) der Außenringlaufbahn (3, 11) ungleich dem Abstand (DA) des Außendurchmessers der Außenringlaufbahn (3, 11) von der Drehachse (WA) des Rollenlagers (1, 9) ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmungsradius (D3) der Außenringlaufbahn (3, 11) kleiner ist als der Abstand (DA) des Außendurchmessers der Außenringlaufbahn (3, 11) von der Drehachse (WA) des Rollenlagers (1, 9).
Rollenlager (1, 9) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (A) des radialen Krümmungsmittelpunktes (MA) des Krümmungsradius (D3) der Außenringlaufbahn (3, 11) von der Drehachse (WA) des Rollenlagers (1, 9) größer ist als der 0,01-fache Abstand (DA) des Außendurchmessers der Außenringlaufbahn (3, 11) von der Drehachse (WA) des Rollenlagers (1, 9).
Rollenlager (1, 9) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (A) des radialen Krümmungsmittelpunktes (MA) des Krümmungsradius (D3) der Außenringlaufbahn (3, 11) von der Drehachse (WA) des Rollenlagers (1, 9) geringer ist als die Differenz zwischen dem Abstand (DA) des Außendurchmessers der Außenringlaufbahn (3, 11) von der Drehachse (WA) des Rollenlagers (1, 9) und dem Durchmesser (DW) der Wälzkörper (6, 14).
Rollenlager (1, 9) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Krümmungsmittelpunkt (MA) der Außenringlaufbahn (3, 11) in einen Bereich liegt, welcher von der axialen Mitte (7, 16) des Rollenlagers (1, 9) bis zu einer Seitenfläche (8, 17) des als Schrägrollenlager ausgebildeten Rollenlagers (9) einerseits sowie andererseits zwischen der Wälzlagerdrehachse (WA) und dem Innenring (4, 12) reicht.
Rollenlager (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (14) durch einen Käfig (15) geführt sind.
Rollenlager (1, 9) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (6, 14) als Tonnenrollen ausgebildet sind und eine axiale Länge aufweisen, welche gleichgroß oder größer ist als der doppelte Durchmesser der Wälzkörper (6, 14).
Rollenlager (1, 9) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiegungsverhältnis der Außenringlaufbahn (3, 11) zum balligen Wälzkörperprofil der Wälzkörper (6, 14) gleichgroß ist wie das Schmiegungsverhältnis der Innenringlaufbahn (5, 13) zum balligen Wälzkörperprofil und dabei jeweils 101% beziehungsweise 101% beträgt.
Rollenlager (1, 9) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiegungsverhältnis an der Außenringlaufbahn (3, 13) enger ist als an der Innenringlaufbahn (5, 13) und dabei 101,5% beziehungsweise 103% beträgt.
Rollenlager (1, 9) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiegungsverhältnis an der Außenringlaufbahn (3, 11) größer ist als an der Innenringlaufbahn (5, 13) und dabei 103% beziehungsweise 101,5% beträgt.