DE102022106927A1

DE102022106927A1 - Kegelrollenlager und -anordnung

Info

Publication number: DE102022106927A1
Application number: DE102022106927.3A
Authority: DE
Inventors: Philipp Wirth; Thomas Stahl; Gerhard Schorr
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2022-03-24
Filing date: 2022-03-24
Publication date: 2023-09-28
Also published as: WO2023179820A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kegelrollenlager (1), das ein verbessertes Reibungsverhalten aufweist.Erfindungsgemäß umfasst das Kegelrollenlager (1) einen äußeren Lagerring (5), einen inneren Lagerring (3), eine Vielzahl von Kegelrollen (7), sowie einen Käfig (8). Die Kegelrollen (7) werden jeweils in einer Tasche (12) aufgenommen, die durch den ringförmigen Teil (9) auf der Seite mit kleinem Durchmesser, den ringförmigen Teil (10) auf der Seite mit großem Durchmesser und zwei benachbarte Trägerteile (11) definiert sind und Kontaktflächen (13) ausbilden. Direkt neben den Kontaktflächen (13) der Trägerteile (11) ist jeweils ein Schmierstoffreservoir (14) ausgebildet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kegelrollenlager sowie eine Kegelrollenanordnung mit verbesserten Reibungsverhalten.
Kegelrollenlager kommen in vielen Bereichen zur Anwendung und dienen dazu, radial-axiale Belastungen zwischen Lagerpartnern zu übertragen. In üblicher Bauweise umfasst ein derartiges Wälzkörperlager zwei Lagerringe sowie Kegelrollen, welche zwischen den Lagerringen angeordnet sind. Oftmals sind die Kegelrollen in einem Käfig geführt. Rollenlager sind auf Grund hohe Lagertragzahlen für Anwendungen mit hohen geforderten Traglasten geeignet.
Grundsätzlich ist das Bestreben, Wälzlagerungen möglichst reibungsarm auszuführen. Ausschlaggebend für ein möglichst reibungsarm arbeitendes Wälzlager ist eine optimale Schmiermittelversorgung. Dies ist einerseits derart zu realisieren, dass hinreichend viel Schmiermittel zugeführt wird, dessen Strom jedoch andererseits auch nicht so stark fließen sollte, dass Planschverluste auftreten, welche typischerweise in Folge eines Überangebots an Schmierstoff entstehen.
Aus der EP 1 846 665 B1 geht ein gattungsgemäßes Rollenlager in Form eines Kegelrollenlagers mit unterschiedlichen Ausführungsformen von Lagerkäfigen hervor. Das Rollenlager besteht im Wesentlichen aus mehreren zwischen einem Lageraußenring und einem Lagerinnenring angeordneten kegligen Wälzkörpern, welche durch den Lagerkäfig geführt sind. Zu beiden Stirnseiten des Lagerkäfigs wird im Zusammenwirken mit einem zugeordneten Randbordabschnitt des Lagerinnenrings sowie auch des Lageraußenrings jeweils ein Spalt gebildet, welcher einerseits groß genug ist, um hinreichend Schmiermittel für die Lagerschmierung hindurchzulassen und andererseits hinreichend klein ist, um eine wirksame Abdichtung gegenüber im Schmiermittel enthaltenen Schmutzpartikeln zu bilden. Ergänzend hierzu ist die Stirnseite des Lagerkäfigs, hier als Deflektor bezeichnet, gewölbt ausgebildet und weist mindestens einen inneren und einen äußeren radialen Rand auf, welche sich in Richtung Lagerinnenring sowie Lageraußenring erstrecken, so dass axiale und radiale funktionelle Spaltspiele zwischen den Randbereichen und dem zugeordneten Lageraußenring bzw. Lagerinnenring gebildet werden, die so bemessen sind, dass einerseits der Schmiermitteldurchlass im vorstehend beschriebenen Sinne ermöglicht wird und andererseits ein Hindernis gegen den Durchgang fester Schmutzpartikel besteht. Insbesondere durch fertigungstechnisch unvermeidbare Toleranzen sind gleichbleibende Spaltmaße kaum reproduzierbar.
Die DE 10 2017 126 917 A1 offenbart einen wälzkörpergeführten Lagerkäfig an beiden Stirnseiten des Lagerkäfigs sowohl zum Lageraußenring als auch zum Lagerinnenring hin definierte Ringspalte erzeugt, deren Gesamtquerschnittsfläche bezogen auf jede Stirnseite den Schmiermitteldurchlass bilden. Dies führt hier zu einer recht komplizierten Bauteilgeometrie für den Lagerkäfig.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Rollenlager weiter zu verbessern, dass auf möglichst einfache und ökonomische Art und Weise ein verbessertes Reibungsverhalten erreicht wird.
Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe durch ein Kegelrollenlager, bzw. eine Kegelrollenlageranordnung nach Anspruch 1. Das Kegelrollenlager umfasst einen inneren Lagerring mit einer inneren Lauffläche die an einer äußeren Umfangsfläche davon ausgebildet ist, einen äußeren Lagerring mit einer äußeren Lauffläche, die an einer inneren Umfangsfläche davon ausgebildet ist, einer Vielzahl von Kegelrollen, die zwischen der inneren Lauffläche des inneren Lagerrings und der äußeren Lauffläche des äußeren Lagerings angeordnet sind sowie einen Käfig, der konfiguriert ist, um die Kegelrollen in einer Vielzahl von Positionen in einer Umfangsrichtung festzuhalten. Der Käfig umfasst einen ringförmigen Teil auf der Seite mit kleinem Durchmesser, einen ringförmigen Teil auf der Seite mit großem Durchmesser sowie eine Vielzahl von Trägerteilen, die den ringförmigen Teil auf der Seite mit kleinem Durchmesser und den ringförmigen Teil auf der Seite mit großem Durchmesser miteinander verbinden. Die Kegelrollen werden jeweils in einer Tasche aufgenommen, die durch den ringförmigen Teil auf der Seite mit kleinem Durchmesser, den ringförmigen Teil auf der Seite mit großem Durchmesser und zwei benachbarte Trägerteile definiert sind. Dies wird dadurch realisiert, dass die Trägerteile einen Führungsteil mit Kontaktflächen aufweisen, um die Wälzkörper zu führen, und jeweils ein Schmierstoffreservoir direkt neben den Kontaktflächen ausgebildet ist.
Aus dieser Geometrie ergibt sich eine Kontur im radial äußeren Bereich, die einen spitzen Winkel aufweist. Konstruktiv werden solche Kanten in der Regel nach Möglichkeit vermieden, da dies bei Berührung mit den Wälzkörpern bei der Wälzkörperbestückung von radial außen unvorteilhaft ist und die Wälzkörper somit Schäden nehmen können. Durch diese Ausführung ist der Käfig auch nicht für eine Wälzkörperbestückung von radial außen geeignet. In der Auslegung von rotativen Bauteilen wird bekanntermaßen die Schmierstoffversorgung dort vorgesehen, wo durch die Gravitationskraft eine besonders vorteilhafte Verteilung anzunehmen ist. Überraschenderweise hat sich jedoch herausgestellt, dass Schmierstoffreservoirs im äußeren Bereich des Käfigs, das heißt außerhalb des Teilkreises, der durch die Wälzkörperachsen verläuft, besonders wirksam für die Schmierung von Kegelrollenlagern sind.
Besonders vorteilhaft ist die Schmierstoffversorgung einer solchen Lösung, wenn das Schmierstoffreservoir eine konkave Form aufweist. Dies leitet den Schmierstoff in idealer Art und Weise in den Kontakt zwischen Wälzkörper und Trägerteil. Bei schnellem Umlauf des Käfigs wird dadurch ein strudelförmiger Sog erzeugt, der den Schmierstoff ideal in den Schmierspalt führt.
Bevorzugterweise wird der Abstand zwischen zwei einander in Umfangrichtung gegenüberliegenden Schmierstoffreservoirs von der Kontaktfläche von radial innen nach radial außen zunächst größer und anschließend wieder kleiner. Dies formt ein ideales Reservoir für den Schmierstoff.
Es ist denkbar, dass das Schmierstoffreservoir an einem hervorstehenden Teil des jeweiligen Trägerteils ausgebildet ist. Unter hervorstehenden Teilen sind sogenannte Führungsteile oder Führungsvorsprünge zu verstehen.
Weiterhin bevorzugt ist es, den Kontakt der Wälzkörper linienförmig an den Kontaktflächen auszubilden. Dies ermöglicht eine besonders gute Einleitung des Schmierstoffs in den Kontaktbereich zwischen Wälzkörper und Kontaktfläche. In diesem Zusammenhang ist in einer Ausführungsform vorzusehen, dass in Radialrichtung mittig an den Kontaktflächen der Kontakt zwischen Wälzkörper und Trägerteil ausgebildet ist.
Im Vergleich zu den anderen Möglichkeiten der Schmierstoffversorgung hat sich gezeigt, dass es besonders vorteilhaft ist, das Schmierstoffreservoir so zu dimensionieren, dass es sich über maximal 50% der radialen Abmessungen der Trägerteile erstreckt.
Besonders geeignet für ein derartiges Kegelrollenlager ist die Ausführung des Käfigs als Stahlblechkäfig. Stahlblechkäfige neigen in den Kontaktbereichen bei nicht ausreichender mechanischer Vorbehandlung der Oberflächen zum Einlaufen und somit zur Schädigung der Wälzkörper. Auch eine erhöhte Reibung ist hierbei oftmals zu beobachten. Somit wird durch eine derartige Anordnung von Schmierstoffreservoirs eine ideale Lösung eines ökonomisch herzustellenden Käfigs bereitgestellt.
Die Geometrie der Schmierstoffreservoirs in der zuvor beschriebenen Form kann idealerweise und besonders ökonomisch in einem Stanz- Prägeprozess erzeugt werden. Dabei ist es mitunter nicht notwendig, die Bereiche der Schmierstoffreservoirs mechanisch nachzubearbeiten, da, weder bei der Montage, noch im Einsatz, Berührung mit den Wälzkörpern stattfindet. Dies hat zudem den Vorteil, dass im Bereich der Schmierstoffreservoirs eine erhöhte Oberflächenrauheit den Schmierstoff besonders gut in der gewünschten Position hält.
Das beschriebene Kegelrollenlager ist besonders geeignet, um in einer Kegelrollenlageranordnung, umfassend ein beschriebenes Kegelrollenlager, sowie eine Welle und ein Gehäuse, zum Einsatz zu kommen.
Nachfolgend wird die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:

1 einen schematischen Schnitt durch die Hälfte eines Kegelrollenlagers als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine Darstellung eines Kegelrollenlagerkäfigausschnitts in einem zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3 eine Darstellung eines Kegelrollenlagerkäfigausschnitts in einem zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4 einen Ausschnitt des Kegelrollenlagerkäfigs mit einem Wälzkörper;
5 einen weiteren Ausschnitt des Kegelrollenlagerkäfigs mit einem Wälzkörper in einer weiteren Ausführungsform;
6 eine Kegelrollenlageranordnung mit dem Kegelrollenlager;

1 zeigt ein hälftiges Kegelrollenlager 1 in einer schematischen Querschnittdarstellung senkrecht zur einer Drehachse 2. Das Kegelrollenlager 1 umfasst einen inneren Lagerring 3 mit einer inneren Lauffläche 4 die an einer äußeren Umfangsfläche davon ausgebildet ist, einen äußeren Lagerring 5 mit einer äußeren Lauffläche 6, die an einer inneren Umfangsfläche davon ausgebildet ist, einer Vielzahl von Kegelrollen 7, die zwischen der inneren Lauffläche 4 des inneren Lagerrings 3 und der äußeren Lauffläche 6 des äußeren Lagerings 5 angeordnet sind sowie einen Käfig 8, der konfiguriert ist, um die Kegelrollen 7 in einer Vielzahl von Positionen in einer Umfangsrichtung festzuhalten.
2 zeigt einen Ausschnitt eines Kegelrollenlagerkäfigs 8 in einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Käfig 8 umfasst einen ringförmigen Teil 9 auf der Seite mit kleinem Durchmesser, einen ringförmigen Teil 10 auf der Seite mit großem Durchmesser sowie eine Vielzahl von Trägerteilen 11, die den ringförmigen Teil 9 auf der Seite mit kleinem Durchmesser und den ringförmigen Teil auf der Seite mit großem Durchmesser 10 miteinander verbinden. Die Kegelrollen 7 werden jeweils in einer Tasche 12 aufgenommen, die durch den ringförmigen Teil 9 auf der Seite mit kleinem Durchmesser, den ringförmigen Teil 10 auf der Seite mit großem Durchmesser und zwei benachbarte Trägerteile 11 der Halterung definiert sind. Dies wird dadurch realisiert, dass die Trägerteile 11 einen Führungsteil mit Kontaktflächen 13 aufweisen, um die Wälzkörper zu führen, und jeweils ein Schmierstoffreservoir 14 direkt neben den Kontaktflächen 13 ausgebildet ist. Das Schmierstoffreservoir 14 kann dabei eine konkave Form aufweisen. Dabei kann die Führung dadurch erfolgen, dass der Kontakt der Wälzkörper 7 an den Kontaktflächen 13 linienförmig und in Radialrichtung mittig an den Kontaktflächen erfolgt.
3 zeigt einen Ausschnitt eines Kegelrollenlagerkäfigs 8 in einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist das Schmierstoffreservoir 14 an einem hervorstehenden Teil 15 des jeweiligen Trägerteils ausgebildet. Das hervorstehenden Teil 15 kann dabei entweder zwischen den ringförmigen Teilen 9, 10 angeordnet oder direkt an eins dieser angebunden sein.
4 veranschaulicht einen Ausschnitt des Kegelrollenlagerkäfigs mit einem Wälzkörper 7 mit einem Schmierstoffreservoir 14 in konkaver Form. Deutlich wird hier die bevorzugte Position der linienförmigen Berührung an den Kontaktflächen 13, dass wobei der Kontakt der Wälzkörper linienförmig und in Radialrichtung mittig (K) an den Kontaktflächen 13 erfolgt. Auch ist ersichtlich, dass das Schmierstoffreservoir bevorzugt in maximal 50% der radialen Abmessungen s der Trägerteile ausgebildet ist.
5 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführung. Hierbei wird der Abstand t zwischen zwei einander in Umfangrichtung gegenüberliegenden Schmierstoffreservoirs 14 von radial innen nach radial außen zunächst größer (t1) und anschließend wieder kleiner (t2).
6 stellt eine Kegelrollenlageranordnung 15 mit dem zuvor beschriebenen Kegelrollenlager 1 dar, wobei das Kegelrollenlager 1 lediglich hälftig gezeigt ist. Die Kegelrollenlageranordnung 18 umfasst zumindest ein Kegelrollenlager 1 nach einem der vorhergehenden Ansprüche, sowie eine Welle 16 und ein Gehäuse 17. Es ist denkbar, die Kegelrollenlageranordnung in jeglichen Anwendungsbereichen einzusetzen. Somit hat die Darstellung des Gehäuses 17 lediglich schematischen Charakter.
Bezugszeichenliste

01: Kegelrollenlager
02: Drehachse
03: Innerer Lagerring
04: Innere Lauffläche
05: Äußerer Lagerring
06: Äußere Lauffläche
07: Kegelrollen
08: Käfig
09: Ringförmiger Teil auf der Seite mit kleinem Durchmesser
10: Ringförmiger Teil auf der Seite mit großem Durchmesser
11: Trägerteile
12: Tasche
13: Kontaktflächen
14: Schmierstoffreservoir
15: Hervorstehender Teil
16: Welle
17: Gehäuse
18: Kegelrollenlageranordnung
K: Kontaktlinie
s: radiale Abmessung der Trägerteile
t: Abstand
t1: Abstand 1
t2: Abstand 2

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1846665 B1 [0004]
DE 102017126917 A1 [0005]

Claims

Kegelrollenlager (1) umfassend: - einen inneren Lagerring (3) mit einer inneren Lauffläche (4), die an einer äußeren Umfangsfläche davon ausgebildet ist; - einen äußeren Lagerring (5) mit einer äußeren Lauffläche (6), die an einer inneren Umfangsfläche davon ausgebildet ist; - eine Vielzahl von Kegelrollen (7), die zwischen der inneren Lauffläche (4) des inneren Lagerrings (3) und der äußeren Lauffläche (6) des äußeren Lagerings (5) angeordnet sind; und - einen Käfig (8), der konfiguriert ist, um die Kegelrollen (7) in einer Vielzahl von Positionen in einer Umfangsrichtung festzuhalten, wobei der Käfig (8) Folgendes umfasst: einen ringförmigen Teil (9) auf der Seite mit kleinem Durchmesser; einen ringförmigen Teil (10) auf der Seite mit großem Durchmesser; und eine Vielzahl von Trägerteilen (11), die den ringförmigen Teil (9) auf der Seite mit kleinem Durchmesser und den ringförmigen Teil (10) auf der Seite mit großem Durchmesser miteinander verbinden, und Kontaktflächen (13) aufweisen, um die Kegelrollen (7) zu führen, wobei die Kegelrollen (7) jeweils in einer Tasche (12) aufgenommen werden, die durch den ringförmigen Teil (9) auf der Seite mit kleinem Durchmesser, den ringförmigen Teil (10) auf der Seite mit großem Durchmesser und zwei benachbarte Trägerteile (11) definiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Schmierstoffreservoir (14) direkt neben den Kontaktflächen (13) ausgebildet ist.
Kegelrollenlager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmierstoffreservoir (14) eine konkave Form aufweist.
Kegelrollenlager (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (t) zwischen zwei einander in Umfangrichtung gegenüberliegenden Schmierstoffreservoirs (14) von radial innen nach radial außen zunächst größer (t1) und anschließend wieder kleiner (t2) wird.
Kegelrollenlager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmierstoffreservoir (14) an einem hervorstehenden Teil (15) des jeweiligen Trägerteils (11) ausgebildet ist.
Kegelrollenlager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontakt (K) der Wälzkörper linienförmig und in Radialrichtung mittig an den Kontaktflächen (13) erfolgt.
Kegelrollenlager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmierstoffreservoir in maximal 50% der radialen Abmessungen (s) der Trägerteile ausgebildet ist.
Kegelrollenlager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (8) als Stahlblechkäfig ausgeführt ist.
Kegelrollenlager (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmierstoffreservoir (14) in einem Stanz- Prägeprozess erzeugt wird.
Kegelrollenlageranordnung (18), umfassend ein Kegelrollenlager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, sowie eine Welle (16) und ein Gehäuse (17).