Bezeichnung der Erfindung

Radialwälzlager, insbesondere einreihiges Kugelrollenlager

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Radialwälzlager nach den oberbegriffsbildenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 , und sie ist insbesondere vorteilhaft an einreihigen Kugelrollenlagem realisierbar, die beispielsweise als Festlager für die An- und Abtriebswellen eines Kfz-Schaltgetriebes zur Anwendung kommen.

Hintergrund der Erfindung

Dem Fachmann in der Wälzlagertechnik ist es allgemein bekannt, dass einreihige Rillenkugellager starre, nicht zerlegbare Radialwälzlager sind, die sich vor allem dadurch auszeichnen, dass deren radiale und axiale Tragfähigkeit gleichermaßen hoch ist und dass diese wegen ihrer geringen Reibung die höchsten Drehzahlgrenzen aller Lagerarten aufweisen. Diese Rillenkugellager sind seit langem bekannt und bestehen im Wesentlichen aus einem äußeren Lagerring und einem inneren Lagerring sowie aus einer Anzahl zwischen den Lager- ringen angeordneten Kugeln als Wälzkörpern. Dabei sind in die Innenseite des

äußeren Lagerrings und in die Außenseite des inneren Lagerrings jeweils rillen- förmige Kugellaufbahnen eingearbeitet in denen die Kugeln durch einen Lagerkäfig in gleichmäßigen Abständen zueinander geführt werden. Das Befüllen von Radialkugellagern mit den Kugeln erfolgt dabei durch das mit der DE 168 499 bekannt gewordene Exzentermontageverfahren, bei dem die beiden Lagerringe exzentrisch zueinander angeordnet werden und der dadurch entstehende freie Raum zwischen den Lagerringen mit den Kugeln befüllt wird. Größe und Anzahl der Kugeln sind entsprechend der Lagergröße jeweils so bemessen, dass der innere Lagerring zwischen erster und letzter Kugel unter Ausnutzung der Elasti- zität beider Lagerringe in die zum äußeren Lagerring konzentrische Stellung gebracht werden kann, so dass die Kugeln abschließend auf dem Teilkreis der beiden Kugellaufbahnen mit gleichmäßigem Abstand zueinander verteilt und der Lagerkäfig eingesetzt werden kann.

In der Praxis hat es sich jedoch erwiesen, dass derartigen Rillenkugellagern aufgrund der geringen maximal einbaubaren Anzahl von Kugeln, die von den Abmessungen des inneren und des äußeren Lagerrings sowie dem Kugeldurchmesser abhängig ist, in Bezug auf die Tragfähigkeit des Lagers dennoch Grenzen gesetzt sind. In der Vergangenheit wurden daher eine Vielzahl von Lösungen, wie beispielsweise eine in den sich gegenüberliegenden Borden des äußeren und des inneren Lagerrings angeordnete unverschlossene Einfüllöffnung gemäß DE 151 483 oder eine ähnlich ausgebildete verschließbare Einfüllöffnung gemäß DE 24 07 477 A1 , vorgeschlagen, mit denen durch eine Erhöhung der Anzahl der Kugeln eine Erhöhung der Tragfähigkeit von Rillenku- gellagern erreicht werden sollte. Solche Einfüllöffnungen haben jedoch auch in der verschlossenen Ausführung den Nachteil, dass es durch deren keilförmige Einmündung in die Laufbahnen der Kugeln oder durch Grate zu einem „Hängen bleiben" oder Verklemmen der Wälzkörper an dieser Einfüllöffnung kommen kann, so dass sich derartige Lösungen in der Praxis nicht durchsetzen konnten.

Eine andere Möglichkeit, die Anzahl der Wälzkörper an einem Radialwälzlager zu erhöhen, ist darüber hinaus durch die DE 43 34 195 A1 bekannt geworden. Bei diesem, an sich als einreihiges Rillenkugellager ausgebildeten Radialwälzlager werden die Wälzkörper jedoch nicht durch Kugeln sondern durch so ge- nannte Kugelrollen gebildet, die mit zwei symmetrisch von einer Kugelgrundform abgeflachten sowie parallel zueinander angeordneten Seitenflächen ausgebildet sind. Die Breite dieser Kugelrollen zwischen deren Seitenflächen ist dabei kleiner als der Abstand zwischen der Innenseite des äußeren Lagerrings und Außenseite des inneren Lagerrings ausgebildet, so dass das Befüllen des Lagers mit den Kugelrollen im so genannten Axialmontageverfahren erfolgen kann, bei dem die Kugelrollen axial durch den Abstand zwischen Innenring und Außenring in das Lager eingeführt werden können. Wenn sich der Mittelpunkt der Kugelrollen dann auf der Höhe der Wälzkörperlaufbahnachse befindet, werden die Kugelscheiben um 90° gedreht, so dass sie mit ihren Kugellaufflächen in den Wälzkörperlaufbahnen abrollen können.

Trotz der Möglichkeit, diese speziell ausgebildeten Kugelrollen axial in das Lager einzusetzen und das Radialwälzlager damit nahezu vollständig mit einer hohen Anzahl an Wälzkörpern ausfüllen zu können, stellt ein solches Radial- Wälzlager im Hinblick auf die angestrebte Erhöhung der Tragfähigkeit des Lagers jedoch allenfalls nur einen Kompromiss dar. Dies ist in der Tatsache begründet, dass die Kugelrollen wegen ihrer axialen Einführbarkeit in das Lager nur entsprechend schmal bzw. mit einer entsprechend kleinen Breite zwischen ihren Seitenflächen ausgebildet werden können, um problemlos durch den Ab- stand zwischen Innenring und Außenring in das Lager eingeführt werden zu können. Ebenso können die Wälzkörperlaufbahnen in den Lagerringen nur relativ flach und schmal ausgebildet werden, um das Drehen der Wälzkörper in ihre Betriebslage ermöglichen zu können, ohne dass in dieser Betriebslage ein zu hohes Radialspiel im gesamten Lager entsteht. Die relativ schmalen Kugel- rollen und die flachen Wälzkörperlaufbahnen bewirken jedoch eine relativ kleine Kontaktfläche der Kugelrollen zu ihren Wälzkörperlaufbahnen, so dass sich sowohl die axiale als auch die radiale Tragfähigkeit eines solchen Radiallagers

wieder verringert und der ursprüngliche Vorteil der erhöhten Anzahl von Wälzkörpern nahezu kompensiert wird.

Zur Vermeidung dieser Nachteile wurde es deshalb durch die zum Anmelde- Zeitpunkt der vorliegenden Patentanmeldung noch nicht veröffentlichte deutsche Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2005 014 556.6 vorgeschlagen, die Breite der Kugelrollen zwischen deren Seitenflächen auf mindestens 70 % des Durchmessers ihrer Kugelgrundform zu vergrößern und die rillenför- migen Wälzkörperlaufbahnen in den Lagerringen mit einer Tiefe zwischen 17 % und 19% sowie einer Breite zwischen 75 %und 78 % des Durchmessers der Kugelgrundform der Kugelrollen auszubilden, da damit eine Gesamtkontaktfläche der Kugelrollen zu ihren Laufbahnen von etwa 45 % des Umfangs der Kugelgrundform der Kugelrollen entsteht, die auch die Kugeln herkömmlicher Rillenkugellager zu ihren Laufbahnen in den Lagerringen aufweisen. Da der Ab- stand zwischen den die Wälzkörperlaufbahnen begrenzenden Borden des inneren und des äußeren Lagerrings dadurch jedoch kleiner als die Breite der Kugelrollen wird, ist deren Einsetzen in das Radialwälzlager nur noch im Exzentermontageverfahren möglich, bei dem die Kugelrollen mit ihren Seitenflächen aneinander anliegend in den freien Raum zwischen den beiden exzentrisch zueinander angeordneten Lagerringen quer in die Wälzkörperlaufbahnen eingelegt werden. Die abgeflachten Seitenflächen der Kugelrollen ermöglichen es dabei jedoch, dass auch mit dem Exzentermontageverfahren eine erhöhte Anzahl an Wälzkörpern gegenüber einreihigen Rillenkugellagern im Lager montierbar ist. Nach dem Befüllen des Lagers mit den Kugelrollen wird der innere Lagerring dann in die zum äußeren Lagerring konzentrische Stellung gebracht, so dass die Kugelrollen auf dem Teilkreis ihrer Laufbahnen mit gleichmäßigem Abstand zueinander verteilt und um 90° verschwenkt werden können sowie abschließend der Lagerkäfig in das Lager eingesetzt werden kann.

Mit einem derart ausgebildeten Kugelrollenlager wurde zwar erreicht, dass die Kugelrollen ähnlich wie die Kugeln eines Rillenkugellagers große Kontaktflächen zu ihren Laufbahnen in den Lagerringen aufweisen und dass das Lager mit einer höheren Anzahl an Wälzkörpern als herkömmliche einreihige Rillen- kugellager bestückt werden kann, dennoch mussten bedingt durch das Exzentermontageverfahren hinsichtlich der Anzahl der Wälzkörper Abstriche gegenüber der im Axialmontageverfahren möglichen höheren Wälzkörperanzahl gemacht werden. Somit konnte gegenüber herkömmlichen Rillenkugellagern zwar der axiale Bauraum und das Gewicht des Lagers verringert und dessen Axial- belastbarkeit erhöht werden, die Erhöhung der axialen und radialen Tragfähigkeit des Lagers fiel jedoch vergleichsweise gering aus.

Aufgabe der Erfindung

Ausgehend von den dargelegten Nachteilen der Lösungen des bekannten Standes der Technik liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe zu Grunde, ein Radialwälzlager, insbesondere einreihiges Kugelrollenlager, zu konzipieren, bei dem die Kugelrollen zur Erzielung großer Kontaktflächen zu ihren Laufbahnen in den Lagerringen sowohl eine mit dem Exzentermontageverfahren mögliche vergrößerte Breite als auch zur Erhöhung der Tragfähigkeit des Lagers eine mit dem Axialmontageverfahren erzielbare höhere Anzahl aufweisen.

Beschreibung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Radialwälzlager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart gelöst, dass zumindest einer der die rillen- förmigen Laufbahnen in den Lagerringen begrenzenden axialen Borde in seiner radialen Höhe derart reduziert ausgebildet ist, dass das Radiallager über den vergrößerten Abstand dieses Bordes zu dem radial gegenüberliegenden Bord mit einer erhöhten Anzahl an Kugelrollen im Axialmontageverfahren bestückbar ist.

Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäß ausgebildeten Radialwälzlagers werden in den Unteransprüchen beschrieben.

Danach ist es gemäß Anspruch 2 bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Radialwälzlager vorgesehen, dass einer der beiden die Laufbahn in der Außenseite des inneren Lagerrings begrenzenden Bode höhenreduziert ausgebildet ist, da dies sich gegenüber der Höhenreduzierung eines der Borde am äußeren Lagerring als vorteilhafter bei der Montage der Kugelrollen erwiesen hat.

Ausgehend davon ist zeichnet sich das erfindungsgemäß ausgebildete Radialwälzlager nach den Ansprüchen 3 und 4 demzufolge dadurch aus, dass die Tiefe der Laufbahn im inneren Lagerring gegenüber dem nicht höhenreduzier- ten Bord etwa 20% und gegenüber dem höhenreduzierten Bord etwa 12% des Durchmessers der Kugelgrundform der Kugelrollen beträgt, während die Tiefe der Laufbahn in der Innenseite des äußeren Lagerrings gegenüber deren Borden beidseitig etwa 17% des Durchmessers der Kugelgrundform der Kugelrollen beträgt. Die Ausbildung der Wälzkörperlaufbahnen mit derartigen Abmes- sungen entspricht dabei den bei herkömmlichen Rillenkugellagem 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 5 und 6 weist die bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Radialwälzlagers schließlich noch die Merkmale auf, dass der eine Bord der Laufbahn im äußeren Lagerring zu dem radial gegenüberliegenden nicht höhenreduzierten Bord der Laufbahn im inneren Lager- ring einen Abstand von etwa 63% des Durchmessers der Kugelgrundform der Kugelrollen aufweist, während der Abstand des anderen Bordes der Laufbahn im äußeren Lagerring zu dem radial gegenüberliegenden höhenreduzierten

Bord der Laufbahn im inneren Lagerring etwa 71% 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 ohne Schwierigkeiten möglich, diese von der Lagerseite mit dem größeren Abstand her zwischen den Borden hindurch axial in das Lager einzuführen und dann in ihre Betriebsstellung um 90° zu verschwenken. Gleichzeitig 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 Kontakt- fläche zu ihren Laufbahnen aufweisen, wobei die axiale Belastbarkeit des Lagers in Richtung des höhenreduzierten Bordes geringfügig eingeschränkt ist.

Als alternative Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Radialwälzlagers wird es nach Anspruch 7 darüber hinaus vorgeschlagen, zusätzlich zu dem höhenreduzierten Bord am inneren La'gerring auch noch einen diagonal gegenüberliegend angeordneten Bord am äußeren Lagerring höhenreduziert auszubilden. Gemäß den Ansprüchen 8 und 9 beträgt bei dieser Ausführungsform die Tiefe der Laufbahn im äußeren Lagerring gegenüber dem nicht höhenreduzierten Bord etwa 17% und gegenüber dem höhenreduzierten Bord etwa 9% des Durchmes- sers der Kugelgrundform der Kugelrollen und beide Borde der Laufbahn im äußeren Lagerring weisen zu den radial gegenüberliegenden Borden der Laufbahn im inneren Lagerring jeweils Abstände von etwa 71% des Durchmessers der Kugelgrundform der Kugelrollen auf. Eine solche Ausführungsform kann besonders in solchen Fällen von Vorteil sein, wenn die im Lagerbetrieb auftretenden Axialkräf- te hauptsächlich nur in die Richtung wirken, in der die Laufbahnen der Lagerringe von nicht höhenreduzierten Borden begrenzt werden. Der hauptsächliche Vorteil dieser Ausführungsform liegt jedoch darin, dass die Kugelrollen von beiden Axialseiten des Lagers her in das Kugelrollenlager eingeführt werden können, da die Abstände der radial gegenüberliegenden Borde beider Lagerringe jeweils größer als der Abstand zwischen den Seitenflächen der Kugelrollen ist.

Das erfindungsgemäß ausgebildete Kugelrollenlager weist somit gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Kugelrollenlagern den Vorteil auf, dass es durch zumindest einen höhenreduziert ausgebildeten Bord einer Laufbahn in einem der Lagerringe nunmehr möglich ist, die bisher nur im Exzenter- montageverfahren montierbaren Kugelrollen mit einer Breite von 70% des Durchmessers ihrer Kugelgrundform und großen Kontaktflächen zu breit ausgebildeten Laufbahnen auch im Axialmontageverfahren in das Lager einzusetzen, so dass die Anzahl dieser Kugelrollen gegenüber der im Exzentermontageverfahren möglichen Anzahl an Kugelrollen nochmals erhöht werden kann. Dadurch vereint das erfindungsgemäß ausgebildete Radialwälzlager in sich die Vorteile von bekannten Kugelrollenlagern gegenüber herkömmlichen einreihigen Rillenkugellagern, nämlich reduzierter axialer Bauraum, verringertes Gewicht und erhöhte Anzahl an Wälzkörpern, und die Vorteile von im Exzentermontageverfahren bestückten Kugelrollenlager gegenüber anderen bekannten Kugelrollenlagern, nämlich große Kontaktflächen zwischen den Wälzkörpern und ihren Laufbahnen und hohe Axialbelastbarkeit, so dass sich insgesamt eine deutlich erhöhte radiale und axiale Tragfähigkeit des erfindungsgemäßen Kugelrollenlagers gegenüber beiden bekannten Lagerarten ergibt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Zwei bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäß ausgebildeten Radialwälzlagers werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1 eine vergrößerte Darstellung einer Vorderansicht auf ein erfindungsgemäß ausgebildetes Kugelrollenlager ohne Lagerkäfig;

Figur 2 eine vergrößerte Darstellung eines Querschnitts durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Kugelrollenlagers;

Figur 3 eine vergrößerte Darstellung eines Querschnitts durch eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Kugelrollenlagers.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Aus Figur 1 geht deutlich ein als einreihiges Kugelrollenlager ausgebildetes Radialwälzlager 1 hervor, welches 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, wie in Figur 2 ersichtlich ist, jeweils zwei symmetrisch von einer Kugelgrundform abgeflachte, parallel zueinander angeordnete Seitenflächen 5, 6 aufweisen und durch einen nicht dargestellten Lagerkäfig in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen zueinander gehalten werden. Diese Kugelrollen 4 weisen, wie ebenfalls in Figur 2 deutlich sichtbar ist, zwischen ihren Seitenflächen 5, 6 eine Breite bι< von etwa 70% des Durchmessers d _κ ihrer Kugelgrundform auf und rollen mit ihren Laufflächen 7 in zwei in die Innenseite 8 des äußeren Lagerrings 2 und in die Außenseite 9 des inneren Lagerrings 3 eingearbeitete rillenförmigen Laufbahnen 10, 11 ab, welche durch jeweils zwei axiale Borde 12, 13 und 14, 15 begrenzt sind und eine Tiefe t[_A, tu sowie eine Breite bι_ _A , b _L ι aufweisen, mit der die Gesamtkontaktfläche der Kugelrollen 4 zu ihren Laufbahnen 10, 11 etwa 45% des Umfangs der Kugelgrundform der Kugelrollen 4 beträgt.

Um mit derart ausgebildeten Kugelrollen 4 die Tragfähigkeit des Radiallagers 1 weiter zu erhöhen, wird es erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der die rillen- förmige Laufbahn 11 im inneren Lagerring 3 begrenzenden axiale Bord 15, wie in Figur 2 dargestellt, in seiner radialen Höhe derart reduziert ausgebildet ist,

dass das Radiallager 1 über den vergrößerten Abstand aι_2 dieses Bordes 15 zu dem radial gegenüberliegenden Bord 13 des äußeren Lagerrings 2 mit einer erhöhten Anzahl an Kugelrollen 4 im Axialmontageverfahren bestückbar ist.

Dies wird zur Erreichung eines hohen Schmiegungsgrades der Kugelrollen 4 zu ihren Laufbahnen 10, 11 in vorteilhafter Weise derart realisiert, dass die Tiefe tι_n der Laufbahn 11 im inneren Lagerring 3 gegenüber dem nicht höhenreduzierten Bord 14, wie in Figur 2 angedeutet, mit etwa 20% und deren Tiefe t _L i2 gegenüber dem höhenreduzierten Bord 15 mit etwa 12% des Durchmessers d _K der Kugelgrundform der Kugelrollen 4 ausgebildet wird. Ebenso ist in Figur 2 durch Maßpfeile angedeutet, dass die Tiefe tuu der Laufbahn 10 in der Innenseite 8 des äußeren Lagerrings 2 gegenüber deren Borden 12, 13 dabei unverändert etwa 17% des Durchmessers d _K der Kugelgrundform der Kugelrollen 4 beträgt und somit der Ausbildung der Laufbahnen an herkömmlichen einreihi- gen Rillenkugellagem entspricht.

Wie Figur 2 desweiteren zeigt, ergibt sich jedoch durch die unterschiedlich hohe Ausführung der Borde 12, 13 und 14, 15 an beiden Lagerringen 2, 3, dass der eine Bord 12 der Laufbahn 10 im äußeren Lagerring 2 zu dem radial gege- nüberliegenden nicht höhenreduzierten Bord 14 der Laufbahn 11 im inneren Lagerring 3 einen Abstand au von etwa 63% des Durchmessers d _K der Kugelgrundform der Kugelrollen 4 aufweist, während der andere Bord 13 der Laufbahn 10 im äußeren Lagerring 2 zu dem radial gegenüberliegenden höhenreduzierten Bord 15 der Laufbahn 11 im inneren Lagerring 3 einen Abstand au von etwa 71% des Durchmessers d _K der Kugelgrundform der Kugelrollen 4 aufweist. Da die Kugelrollen 4 zwischen ihren Seitenflächen 5, 6 einen Abstand von 70% des Durchmessers ihrer Kugelgrundform aufweisen, ist es somit ohne Schwierigkeiten möglich, diese von der Lagerseite mit dem Abstand au≥ von 71% her zwischen den Borden 13, 15 hindurch axial in das Radiallager 1 einzu- führen und dann, wie in Figur 2 durch Bewegungspfeile und eine gestrichelt dargestellte Zwischenstellung angedeutet, in ihre Betriebsstellung um 90° zu verschwenken.

Aus Figur 3 geht schließlich noch eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Radiallagers 1 hervor, bei der zusätzlich zu dem in der ersten Ausführungsform beschriebenen höhenreduzierten Bord 15 am inne- ren Lagerring 3 noch ein diagonal gegenüberliegend angeordneter Bord 12 am äußeren Lagerring 3 höhenreduziert ausgebildet ist. Bei dieser Ausführungsform beträgt die Tiefe tui der Laufbahn 10 im äußeren Lagerring 2 gegenüber dem höhenreduzierten Bord 12 etwa 9% und deren Tiefe tu2 gegenüber dem nicht höhenreduzierten Bord etwa 12% des Durchmessers d« der Kugelgrund- form der Kugelrollen 4, so dass beide Borde 12, 13 der Laufbahn 10 im äußeren Lagerring 2 zu den radial gegenüberliegenden Borden 14, 15 der Laufbahn 11 im inneren Lagerring 3 jeweils Abstände von etwa 71% des Durchmessers d _K der Kugelgrundform der Kugelrollen 4 aufweisen. Eine solche Ausführungsform ist dann anwendbar, wenn die im Lagerbetrieb auftretenden Axialkräfte hauptsächlich in die Richtung der nicht höhenreduzierten Borde 13, 14 der Lagerringe 2, 3 wirken und hat sich dahingehend als vorteilhaft erwiesen, dass die Kugelrollen 4 von beiden Axialseiten her in das Radiallagers 1 eingeführt werden können.

Bezugszahlenliste

1 Radialwälzlager

2 äußerer Lagerring

3 innerer Lagerring

4 Kugelrollen

5 Seitenfläche von 4

6 Seitenfläche von 4

7 Lauffläche von 4

8 Innenseite von 2

9 Außenseite von 3

10 Laufbahn in 8

11 Laufbahn in 9

12 Bord von 10

13 Bord von 10

14 Bord von 11

15 Bord von 11 b _κ Breite von 4 d _κ Durchmesser der Kugelgrundform von 4 t|_A1 Tiefe von 10 t|_A2 Tiefe von 10 tui Tiefe von 11 t|J2 Tiefe von 11 bu Breite von 10 b _L ι Breite von 11 au Abstand zwischen 12 und 14 ai 2 Abstand zwischen 13 und 15