Kugellager und Verfahren zum Zusammenbau desselben

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Kugellager, umfassend einen Innenring, einen Außen ring und einen Käfig, wobei zwischen dem Innenring und dem Außenring ein Satz Kugeln angeordnet ist, wobei die Kugeln einen Durchmesser aufweisen und wobei jeder der beiden Ringe eine im Radialschnitt kreisbogenabschnitts förmige Laufbahn zum Anlauf der Kugeln aufweist. Des Weiteren betrifft die Er findung ein Verfahren zum Zusammenbau eines solchen Lagers.

Hintergrund der Erfindung

Gattungsgemäße Kugellager sind im Stand ^der Technik hinlänglich bekannt. Eine gebräuchliche Ausführungsform sind Rillenkugellager. Bei diesen ist vorgese hen, dass die Laufbahn des Innenrings und des Außenrings die Kugel von der Lagermitte ausgehend jeweils um einen hinreichenden Umfangswinkel umfas sen und es so ermöglichen, sowohl radiale als auch axiale Kräfte zu übertragen.

Die Montage eines Rillenkugellagers erfolgt beispielsweise so, dass die Kugeln bei exzentrischer Anordnung zwischen Lagerinnenring und Lageraußenring in den Raum zwischen den Lagerringen eingelegt werden („Exzenter-Verfahren“). Anschließend werden sie in ihre endgültige Umfangsposition verschoben und dann mittels eines Käfigs festgelegt. Diese Technologie ist beispielsweise in der US 822 723 A beschrieben.

Vorteilhaft kann auf diese Art und Weise auch eine Montage bei hohen Schul tern bzw. tiefen Rillen am Innenring und Außenring erfolgen. Nachteilig aller dings ist, dass hier nur ein Füllgrad von ca. 60 % erreicht werden kann (d. h. die Kugeln zwischen dem Innenring und dem Außenring füllen nur etwa 60 % des gesamten Umfangs). Die Tragfähigkeit des Lagers ist entsprechend beschränkt. Soll ein höherer Füllgrad und somit eine höhere Tragfähigkeit des Lagers er reicht werden, können Schrägkugellager (nach DIN 628) eingesetzt werden. Ei ner der Lagerringe hat dabei ab dem höchsten (im Falle des Außenrings) bzw. niedrigsten (im Falle des Innenrings) Punkt der Laufbahn eine im Wesentlichen in axiale Richtung des Lagerrings auslaufende Profilierung, so dass der Lager ring auf die vormontierte Einheit, bestehend aus dem anderen Lagerring und dem Satz Kugeln, axial aufgeschoben werden kann. Dabei wird zumeist eine geringfügige Überhöhung (d. h. Erstreckung der kreisbogenabschnittsförmigen Laufbahn über den höchsten bzw. niedrigsten Punkt hinaus) an einem der La gerringe vorgesehen, damit das Lager selbsthaltend wird. Diese Überhöhung ist allerdings mit ca. 0,5 % des Kugeldurchmessers sehr gering. Die Montage ist hierdurch nicht wesentlich beeinträchtigt.

In vorteilhafter Weise kann hierdurch ein Füllgrad von ca. 90 % erreicht werden, sodass eine höhere Tragfähigkeit des Lagers vorliegt. Nachteilig sind allerdings axiale Kräfte nur in eine axiale Lagerrichtung übertragbar. Außerdem ist auch die radiale Belastbarkeit des Lagers relativ gering, da bei entsprechender Be lastung die Druckellipse zwischen Kugeln und Laufbahn leicht seitlich auswan dert. Schrägkugellager arbeiten paarweise und müssen angestellt werden, um das Betriebsspiel zu erreichen.

Aufgabe der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kugellager der gat tungsgemäßen Art so auszugestalten, dass es eine erhöhte Tragfähigkeit auf weist, gleichzeitig aber auch in verbesserter Weise in der Lage ist, axiale Kräfte in beiden Lagerrichtungen zu übertragen. Das Lager soll auch alleine hohe ra diale Kräfte tragen können. Das Lager soll bezüglich des Lagerspiels vorein stellbar sein. Eine Anstellung gegen ein zweites Lager soll entbehrlich sein. Dennoch soll sichergestellt werden, dass der Zusammenbau des Lagers in rela tiv einfacher Weise möglich ist. Zusammenfassung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Wälzlager nach dem Oberbe griff des Anspruchs 1 derart gelöst, dass sich die Laufbahn einer der beiden Lagerringe auf einer der beiden Seiten des Rings über einen radial höchsten (im Falle eines Außenrings) oder niedrigsten (im Falle eines Innenrings) Punkt hinaus kreisbogenabschnittsförmig erstreckt, bis in axiale Richtung des Kugel lagers ein Hinterschnitt zwischen dem Hüllkreisdurchmesser der Kugeln und dem radial niedrigsten (im Falle eines Außenrings) oder höchsten (im Falle ei nes Innenrings) Punkt der Laufbahn vorliegt, wobei der Hinterschnitt in radiale Richtung des Kugellagers mindestens 1 ,5 % des Durchmesser der Kugeln und höchstens 5 % des Durchmesser der Kugeln beträgt.

Der Hinterschnitt in radiale Richtung des Kugellagers beträgt dabei vorzugswei se höchstens 4 % des Durchmessers der Kugeln.

Insoweit wird die an sich bekannte Konzeption eines Schrägkugellagers dahin gehend weiterentwickelt, dass die Laufbahn über den höchsten Punkt (im Falle eines Außenrings) in Richtung des einen seitlichen axialen Endbereich des La gers fortgesetzt wird, bis sich der genannte Hinterschnitt in der definierten Grö ßenordnung ergibt. Diese beträgt mindestens die genannten 2 % des Durch messers der Kugeln.

Vorzugsweise weist der Außenring den Hinterschnitt auf.

Die Laufbahn geht nach einer Fortbildung der Erfindung im von den Kugeln ent fernten Bereich in einen zylindrischen Abschnitt über. Der Durchmesser dieses zylindrischen Abschnitts ist dabei bevorzugt größer als der radial höchste (im Falle eines Außenrings) oder kleiner (im Falle eines Innenrings) als der radial niedrigste Punkt.

Die Laufbahn einer der beiden Ringe erstreckt sich vorzugsweise auf der ande ren Seite des Rings über den radial höchsten (im Falle eines Außenrings) oder niedrigsten (im Falle eines Innenrings) Punkt hinaus kreisbogenabschnittsför mig und kontaktiert hier die Kugeln über einen Umfangswinkel von mindestens 20

Die Laufbahn am anderen Lagerring erstreckt sich vorzugsweise auf den bei den Seiten des Lagerrings über unterschiedliche Umfangswinkel der Kugeln.

Für das vorgeschlagene Lager wird ein kleines radiales Lagerspiel vorgesehen, wie es auch bei Rillenkugellager üblich ist.

In vorteilhafter Weise stellt das vorgeschlagene Lager somit ein Radiallager dar, welches in eine Achsrichtung hohe axiale Kräfte übertragen kann, allerdings können in begrenztem Umfang auch in die andere Achsrichtung axiale Kräfte übertragen werden.

Das vorgeschlagene Lager kann als Festlager, als Loslager und auch als Stütz lager (schwimmende Lagerung) eingesetzt werden.

Das Verfahren zum Zusammenbau eines solchen Kugellagers zeichnet sich dadurch aus, dass zunächst der eine Lagerring mit dem Satz Kugeln und Käfig vormontiert wird und dann der mit Hinterschnitt versehene andere Lagerring durch eine rotierende und unter einem Winkel zur Achsrichtung des Kugellagers ausgerichtete Druckplatte durch Aufbringung einer in axiale Richtung des Ku gellagers gerichtete Kraft auf die Einheit bestehend aus Lagerring und dem Satz Kugeln aufgeschoben wird.

Dieser Winkel liegt bevorzugt zwischen 0,5° und 9°.

Eine andere Ausgestaltung des Verfahrens zum Zusammenbau des Kugella gers zeichnet sich dadurch aus, dass zunächst der eine Lagerring mit dem Satz Kugeln samt Käfig vormontiert wird und dann der mit Hinterschnitt versehene andere Lagerring in einer Druckbüchse montiert wird, wobei in der Druckbüchse ein in axialer Richtung vorspringender Vorsprung angeordnet ist, der an einer Umfangsstelle auf den anderen Lagerring drückt, wobei durch Aufbringung ei ner in axiale Richtung des Kugellagers gerichtete Kraft auf den anderen Lager ring mittels der rotierenden Druckbüchse dieser auf die Einheit bestehend aus Lagerring und dem Satz Kugeln samt Käfig aufgeschoben wird.

Der andere Lagerring wird dabei vorzugsweise vor seinem Aufschieben er wärmt. Dies kann beispielsweise um 200 K über Umgebungstemperatur sein.

Die vorgeschlagene Lagerkonzeption erinnert somit an ein Schrägkugellager, wobei allerdings ein deutlicher Hinterschnitt in axiale Richtung vorgesehen ist, so dass eine gewisse Eignung zur Übertragung von axialen Kräften in beiden Lagerrichtungen besteht. Dieser Hinterschnitt erlabt auch hohe radiale Kräfte ohne Abschneidung der Druckellipse.

Die Montage kann mit dem beschriebenen Taumelverfahren erfolgen, welches prinzipiell und als solches in der DE 196 07 024 C2 beschrieben ist, auf die in soweit ausdrücklich Bezug genommen wird. In dem beschriebenen Dokument wird es zum Einpressen eines Wälzlagers mit hohem Übermaß in ein Gehäuse eingesetzt. Hier ist der Außenring gekammert. Bei dem einen oben beschriebe nen Montageverfahren ist das Lager bei der Montage radial frei.

Kurze Beschreibung der Figuren

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Kugel lagers wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1 den Radialschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kugellager,

Figur 2 eine vergrößerte Darstellung des Kontaktbereichs zwischen La geraußenring und Kugeln des Lagers gemäß Figur 1 , Figur 3 eine Vorrichtung für den Zusammenbau des Lagers gemäß Figur 1 während des Montageprozesses und

Figur 4 eine zu Figur 3 alternativ gestaltete Vorrichtung für den Zusam menbau des Lagers gemäß Figur 1 während des Montageprozes ses.

Ausführliche Beschreibung der Figuren

In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßes Kugellager 1 zu sehen, welches einen In nenring 2 und einen Außenring 3 umfasst, zwischen denen ein Satz Kugeln 4 angeordnet ist. Diese werden von einem Käfig 13 in Position gehalten. Der In nenring 2 hat eine Laufbahn 5 für die Kugeln 4, der Außenring 3 hat eine Lauf bahn 6 für die Kugeln 4.

Die Laufbahn 5 des Innenrings 2 ist dabei im Wesentlichen die klassische Lauf bahn eines Rillenkugellagers, wobei hier allerdings der Auslauf der Laufbahn 5 an der Seite 7 des Rings höher gezogen ist, als der Auslauf der Laufbahn 5 an der Seite 11 des Rings. Dies ergibt sich daraus, da das erfindungsgemäße La ger axiale Kräfte nur in unterschiedlicher Weise bzw. Größe in die beiden Achs- richtungen übertragen kann.

Die Laufbahn 6 des Außenrings 3 ist speziell ausgebildet und ergibt sich am besten aus Figur 2.

Hiernach ist die Laufbahn 6 im linken Bereich des Lagers, also im Bereich der Seite 11 des Rings, im Wesentlichen nach Art eines Schrägkugellagers ge formt; in Figur 1 ist der Winkel□ eingetragen, über den sich der Kontakt zwi schen Laufbahn 5 und Kugel 4 im linken Bereich der Kugel erstreckt. Dieser Winkel□ beträgt zumeist mindestens 20°.

Indes ist im rechten Bereich des Lagers, also im Bereich der Seite 7 des Rings, eine andere Ausgestaltung vorgesehen: In Figur 2 eingetragen ist der Durchmesser D der Kugel 4. Hieraus und aus der Geometrie des Innenrings 2 ergibt sich der Hüllkreisdurchmesser DH der Ku geln 4. Der radial höchste Punkt P1 der Laufbahn 6 liegt um die Hälfte der radi alen Lagerluft L oberhalb des Hüllkreisdurchmessers DH, und zwar auf dem Laufbanddurchmesser DL.

Für die Ausgestaltung der Laufbahn 6 des Außenrings 3 ist nun vorgesehen, dass sich die Laufbahn 6 des Außenrings 3 auf der Seite 7 des Rings 3 über den radial höchsten Punkt P1 hinaus kreisbogenabschnittsförmig erstreckt, und zwar bis in axiale Richtung a des Kugellagers 1 ein Hinterschnitt 8 zwischen dem Hüllkreisdurchmesser DH der Kugeln 4 und dem radial niedrigsten Punkt P2 der Laufbahn 6 vorliegt; der radial niedrigste Punkt P2 liegt auf dem Borddurchmesser DB. Für die Größe dieses Hinterschnitts 8 in radiale Richtung r des Lagers 1 ist ein Wert von mindestens 1 ,5 % des Durchmesser D der Ku geln 4 vorgesehen. Allerdings ist für den diesbezüglich höchsten Wert 5 % des Durchmesser D der Kugeln 4 vorgesehen.

Mit der Auswahl dieses spezifischen Bereichs ergibt sich der vorteilhafte Effekt, dass der Zusammenbau des Lagers relativ unproblematisch bleibt, das Lager allerdings im Betrieb eine verbesserte radiale Tragfähigkeit durch einen hohen Füllgrad mit Kugeln (wie bei einem Schrägkugellager) aufweist und gleichzeitig axiale Kräfte in beiden Achsrichtungen übertragbar sind.

Begünstigt wird insbesondere die Montage dadurch, dass sich im Bereich der Seite 7 des Außenrings 3 ein zylindrischer Abschnitt 9 an die Laufbahn 6 an schließt; diese weist einen Durchmesser DZ auf. Der Durchmesser DZ ist dabei bevorzugt größer als der Laufbahndurchmesser DL.

Der Zusammenbau des erfindungsgemäßen Lagers ist in Figur 3 illustriert. Dort ist eine entsprechende Montagevorrichtung dargestellt, die eine Taumelscheibe 14 aufweist, die unter einem kleinen Winkel□ zwischen 1 ° und 9° zur axialen Richtung a des zu montierenden Lagers 1 rotiert. An der Taumelscheibe 14 ist ein Stützring 15 befestigt, welcher ein Lager 16 trägt. Das Lager 16 lagert eine Druckplatte 12, die folglich gleichermaßen unter dem Winkel□ angeordnet ist und frei rotieren kann.

Der Innenring 2 des zu montierenden Lagers 1 samt Satz Kugeln 4 und Käfig 13 ist auf einer Aufnahme 17 aufgenommen, die mit einer Schwungscheibe 18 verbunden ist. Die Schwungscheibe 18 ist durch ein Lager 19 gelagert, welches in einer Stützbuchse 20 angeordnet ist.

Der Zusammenbau des Lagers erfolgt, indem auf den Außenring 3 über die Druckplatte 12 eine in axiale Richtung a wirksame Kraft F aufgebracht wird, während gleichzeitig die Druckplatte 12, die Aufnahme 17 und die Schwung scheibe 18 rotieren können.

Bei dem vorgeschlagenen Verfahren zum Zusammenbau des Lagers wird also der Außenring 3 durch die winkelig angestellte Taumelscheibe 14 axial exzent risch belastet. Der freie Außenring 3 wird dabei oval verformt. Die Druckplatte 12 wird von der sich drehenden Taumelscheibe 14 geschleppt. Gleichzeitig kann die untere Schwungscheibe 18 gedreht werden.

Der Zusammenbau des erfindungsgemäßen Lagers gemäß einer alternativen Vorgehensweise ist in Figur 4 illustriert. Dort ist eine ähnliche Montagevorrich tung dargestellt, wie sie in Figur 3 gezeigt ist. Soweit dieselben Bezugszeichen verwendet sind, gelten dieselben Ausführungen wie im Falle von Figur 3. Der Unterschied zu dieser Lösung besteht im Falle der in Figur 4 gezeigten Vorrich tung darin, dass nun keine Taumelscheibe zum Einsatz kommt, sondern dass die Druckplatte 12 gemäß Figur 3 im Falle der Lösung gemäß Figur 4 als Druckbüchse 12 ausgebildet ist. In diese wird der Lagerring 3 montiert, indem er über einen geschlitzten Druckring 21 in der gezeigten Ausnehmung in der Druckbüchse 12 platziert wird. Mittels einer Schraube 22 kann eine Fixierung des Lagerrings 3 in der Druckbüchse 12 erfolgen.

Die Druckplatte 12 weist einen Vorsprung 10 auf, der im gezeigten Ausfüh rungsbeispiel als Schraube mit Linsenkopf ausgebildet ist. Dieser Vorsprung 10 drückt an einer Umfangsstelle auf den Lagerring 3. Wird nun die Druckbüchse 12 um die Achse a gedreht und mit der in axiale Richtung a wirkenden Kraft F belastet, kann der Lagerring 3 auf die vormontierte Einheit bestehend aus La gerring 2 und Kugeln 4 samt Käfig 13 axial aufgeschoben werden.

Die Belastung der Kugeln wird bei diesem Montageprozess relativ geringgehal ten, was für die Lebensdauer des Lagers sehr vorteilhaft ist. Die Belastung der Kugeln kann dadurch weiter herabgesetzt werden, dass der zu montierende Außenring 3 vor der Montage erwärmt wird. Demgemäß dehnt er sich aus, so dass die Pressungen bei der Montage geringer ausfallen.

Der vorgeschlagene Montageprozess stellt sicher, dass die Montage ohne Schädigung der Wälzkörper und Laufbahnen erfolgen kann, da die axiale Mon tagekraft exzentrisch wirkt und der Außenring relativ zum Innenring dreht.

Bezugszeichenliste

1 Kugellager

2 Innenring

3 Außenring

4 Kugel

5 Laufbahn

6 Laufbahn

7 Seite des Rings

8 Hinterschnitt

9 zylindrischer Abschnitt

10 Vorsprung (Schraube mit Linsenkopf)

11 Seite des Rings

12 Druckplatte / Druckbüchse

13 Käfig

14 Taumelscheibe

15 Stützring

16 Lager

17 Aufnahme für zu montierendes Lager

18 Schwungscheibe

19 Lager

20 Stützbüchse

21 Druckring (geschlitzt)

22 Schraube

D Durchmesser der Kugel

DH Hüllkreisdurchmesser der Kugeln

DZ Durchmesser des zylindrischen Abschnitts

DL Laufbahndurchmesser

DB Borddurchmesser

L Hälfte der radialen Lagerluft

P1 radial höchster Punkt

P2 radial niedrigster Punkt der Laufbahn F Kraft a Winkel der Druckplatte ß Umfangswinkel a axiale Richtung r radiale Richtung