DE102006041586A1

DE102006041586A1 - Axialnadellager

Info

Publication number: DE102006041586A1
Application number: DE102006041586A
Authority: DE
Inventors: Reinhold Dipl.-Ing. Bierlein (FH); Georg von Dipl.-Ing. Petery
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-09-05
Filing date: 2006-09-05
Publication date: 2008-03-06

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Axialnadellager, bei dem Taschen (3) eines Käfigs (2) zwei Wälzkörper aufgenommen und zwischen zwei Laufflächen angeordnet sind.
In erfindungsgemäßer Weise ist in jeder Tasche (3) eine Lagernadel (4) und eine Lagerkugel (5) konzentrisch in radialer Richtung hintereinander angeordnet, wobei die Lagernadel (4) radial innen und die Lagerkugel (5) radial außen angeordnet sind und die Lagerkugel (5) einen Durchmesser aufweist, der geringfügig kleiner als der Durchmesser der Lagernadel (4) ist.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung eines solch gattungsgemäßen Axialnadellagers ist sichergestellt, dass insbesondere bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten die Lagernadeln (4) den Käfig (2) nicht zerstören können.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Axialnadellager, bei dem in Taschen eines Käfigs zwei Wälzkörper aufgenommen und zwischen zwei Laufflächen angeordnet sind.
Hintergrund der Erfindung
Axialnadellager sind für Einbaufälle, in denen eine nur sehr kleine Bauhöhe zur Verfügung steht, in Verwendung. Ihr Aufbau ist ähnlich dem der Axialzylinderrollenlager. Wie bei den Radialnadellagern können Axialnadellager bei gehärteten und geschliffenen Gehäusesitzflächen auch mit nur einer Scheibe oder als Axialnadelkranz eingebaut werden. Als Scheiben werden auch gestanzte und gehärtete Federstahlscheiben von geringer Dicke eingesetzt. Solche Scheiben werden nicht geschliffen und sind daher sehr preiswert.
Bei derartigen Axialnadellagern ist es bekannt, zur Aufnahme hoher Belastungen mehrere konzentrisch zueinander angeordnete Reihen von Lagernadeln zu verwenden. Solche gattungsgemäß ausgebildete Axialnadellager gehen beispielsweise aus der EP 1 298 334 A2 , aus der EP 1 500 833 A1 und aus der US 2003/0063829 A1 hervor. In diesen Vorveröffentlichungen sind unterschiedlich gestaltete Axialkäfige gezeigt, in deren Taschen zwei in radialer Richtung hintereinander angeordnete Lagernadeln untergebracht sind, wobei in jeder einzelnen Tasche zwei Lagernadeln untergebracht sind. In diesem Zusammenhang ist es auch bekannt, dass der Käfig eines solchen Lagers etwa mit der Hälfte der Drehzahl des umlaufenden Lagerteils rotiert. In der Praxis wird sich diese Käfigdrehzahl jedoch nur angenähert einstellen, da die Abwälzverhältnisse in den einzelnen Nadelreihen unterschiedlich sind. Der Anteil an Gleitreibung beim Abrollen der Lagernadeln auf ihren Laufbahnen und die Reibung zwischen den Lagernadeln und den Käfigtaschen sind in der Praxis in den einzelnen Nadellagerreihen sehr unterschiedlich. Wenn man noch weiter berücksichtigt, dass auch unvermeidbare Herstellungstoleranzen hierbei von Einfluss sein können, so ergibt sich, dass jede einzelne der konzentrischen Lagernadelreihen an sich das Bestreben hätte, den Käfig mit einer unterschiedlichen Drehzahl umlaufen zu lassen. Da aber sämtliche Lagernadeln bei diesen bekannten Ausführungen in einer gemeinsamen Käfigtasche untergebracht sind, ist dies nicht möglich. Es folgt daraus eine zusätzlich erhöhte Reibung zwischen den Lagernadeln und den Käfigtaschen, die einen höheren Verschleiß und eine unerwünscht höhere Erwärmung des Axialnadellagers im Betrieb nach sich zieht.
Hinzu kommt als weiter Nachteil, dass bei hochtourig laufenden Axialnadellagern die Fliehkraft, die an den Lagernadeln angreift, sich nicht wie bei Radiallagern an den Laufbahnen, sondern am Käfig abstützt. Die Drehzahl der Lagernadeln im Käfig ist bei einer hohen Drehzahl des Käfigs aufgrund der Übersetzung sehr hoch. Die Lagernadeln werden durch die Fliehkraft nach außen gegen die Begrenzung der Käfigtasche gedrückt und wirken dadurch als „Bohrer". Im Extremfall d.h., bei langer Laufzeit und bei Drehzahlen von bis zu 20.000 U/min, kann sich die Lagernadel durch den Käfig nach außen durchbohren und somit einen Ausfall der gesamten Lageranordnung bewirken.
Nun ist zwar in diesem Zusammenhang aus der US 5,474,390 eine Axiallageranordnung bekannt geworden, die zylindrische Wälzkörper und Lagerkugeln umfasst. Diese Vorveröffentlichung steht mit der beanspruchten Lö sung jedoch bestenfalls in einem indirekten Zusammenhang, weil zylindrische Wälzkörper und Lagerkugeln in getrennten Käfigen untergebracht sind. Wie die zugehörige 5 dieses Dokumentes zeigt, stützt sich der Käfig für die zylindrischen Wälzkörper an einer in einem anderen Käfig geführten Kugelreihe ab, wobei die eine Laufbahn der Kugelreihe vom Käfig der zylindrischen Wälzkörper und die andere zugehörige Laufbahn von der Axialwinkelscheibe gestellt wird. Ziel dieser Lösung ist es demnach, die Reibung zwischen dem Käfig der zylindrischen Wälzkörper und den Axialwinkelscheiben in einem gekapselten Axialnadellager zu verringern.
Auch sind in diesem Zusammenhang weitere Vorveröffentlichungen bekannt geworden, die zwar eine Kombination von zylindrischen Wälzkörpern mit Lagerkugeln zeigen, jedoch von der beanspruchten Lösung noch weiter entfernt liegen, der Vollständigkeit halber aber hier kurz abgehandelt sind.
So ist beispielsweise in der DE 6 752 038 U1 ein Radial-Axiallager beschrieben, das aus einem Innen- und aus einem Außenlaufring besteht, zwischen denen auf zugehörigen Laufbahnen in getrennten Käfigen angeordnete Zylinderrollen bzw. Lagerkugeln abwälzen. Hierbei ist vorgesehen, dass die Zylinderrollen zur Aufnahme von radialen Kräften und die Lagerkugeln zur Aufnahme von geringen axialen Kräften dienen.
Aus der DE-AS 1 065 227 geht ein Nadellager mit kegeligen, parallel zueinander gerichteten Laufbahnen und zwischen diesen schräg zur waagerechten in einem Käfig geführten zylindrischen Wälzkörpern hervor, wobei der axiale Schub der Lagernadeln auf den Käfig von der äußeren Stirnfläche des Käfigs durch Lagerkugeln auf eine feste Schulter des Innenrings abgestützt wird. Abgesehen davon, dass dieses Dokument kein klassisches Axialnadellager zeigt, sind auch Lagernadeln und Lagerkugeln nicht in einem Käfig angeordnet.
Schließlich ist aus der DE 89 06 246 U1 ein weiteres kombiniertes Axial-Radialwälzlager bekannt, das aus einer ersten Reihe von zylindrischen Wälzkörpern, die zur Aufnahme von Axialkräften zwischen planparallelen Laufbahnen zweier Laufscheiben angeordnet sind und aus einer zweiten Reihe von Lagerkugeln besteht, die zur Aufnahme von Radialkräften zwischen sich im wesentlichen axial erstreckenden Borden angeordnet sind.
Bei den zuletzt genannten Vorveröffentlichungen handelt es sich jedoch im Gegensatz zur beanspruchen Lösung nicht um Axiallager, sondern um kombinierte Lager, die zwar zylindrische Wälzkörper und Lagerkugeln aufweisen, aber völlig andersartig aufgebaut sind.
Zusammenfassung der Erfindung
Ausgehend von den Nachteilen des bekannten Standes der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Axialnadellager bereit zu stellen, dass sich insbesondere für höchste Lagerdrehzahlen eignet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen Oberbegriff dadurch gelöst, dass in jeder Tasche eine Lagernadel und eine Lagerkugel konzentrisch in radialer Richtung hintereinander angeordnet sind, wobei die Lagernadel radial innen und die Lagerkugel radial außen angeordnet sind und die Lagerkugel einen Durchmesser aufweist, der geringfügig kleiner als der Durchmesser der Lagernadeln ist.
Der entscheidende Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt darin, dass durch die im Durchmesser kleinere Lagerkugel in radialer Richtung die von den Lagernadeln ausgehende Fliehkraft elegant am Käfig abgestützt wird. Im Idealfall kann im Berührungspunkt zwischen der Lagerkugel und der Begrenzungswand der Tasche eine Relativdrehzahl von Null erzeugt werden. Die Lagernadeln werden demnach durch die Lagerkugeln quasi in Radialrichtung wälzgelagert, wobei sich dadurch die Reibung des Lagers entscheidend verringert. Insbesondere ist dafür gesorgt, dass bei hochtourig laufenden Axiallagern das das Lager zerstörende Nadelbohren verhindert werden kann. Dadurch, dass die Lagerkugeln im Durchmesser kleiner als die Lagernadeln sind, wird die axiale Last allein von den Lagernadeln übernommen, was sich günstig auf den Schlupf auswirkt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
So ist nach den Ansprüchen 2 und 3 vorgesehen, dass der Käfig entweder scheibenförmig oder in profilierter Form ausgebildet ist. Beide Ausführungsvarianten stehen gleichberechtigt nebeneinander, wobei die Ausgestaltung des Käfigs vom jeweiligen Anwendungsfall abhängt.
Auch hat es sich nach Anspruch 4 als zweckmäßig erwiesen, wenn der Käfig mit Haltevorsprüngen zur Halterung der Lagernadeln und/oder der Lagerkugeln versehen ist. Durch diese Halterung bilden Wälzkörper und Käfig einen Wälzkörperkranz, der nicht in seine Einzelbestandteile zerfallen kann.
Schließlich hat es sich nach einem weiteren letzten Merkmal gemäß Anspruch 5 als vorteilhaft erwiesen, wenn die Laufflächen durch planparallele, insbesondere aus Blech hergestellte Laufscheiben gebildet sind, die durch gegenseitiges formschlüssiges Hintergreifen mit dem aus Käfig, Lagernadeln und Lagerkugeln bestehenden Wälzkörperkranz eine unverlierbare Baueinheit bilden. Der entscheidende Vorteil dieser Ausführungsvariante liegt darin, dass das erfindungsgemäße Axiallager nicht in seine Einzelbestandteile zerfallen kann und ohne Besorgnis an den jeweiligen Verbraucher lieferbar ist, der nur noch für den entsprechenden Einbau zu sorgen hat.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Be schreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in vereinfachter Form dargestellt ist.
Es zeigen:
1 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Wälzkörperkranz und
2 eine vergrößerte Darstellung einer Einzelheit gemäß 1.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Der in den 1 und 2 dargestellte Wälzkörperkranz 1 für ein Axialnadellager besteht aus dem Käfig 2, in dessen Taschen 3 Lagernadeln 4 und Lagerkugeln 5 untergebracht sind. Wie erkennbar, sind die Lagernadeln 4 radial innen und die Lagerkugeln 5 konzentrisch radial außen angeordnet. Bei Rotation des Wälzkörperkranzes 1 um seine Achse 8 werden die von den Lagernadeln 4 ausgehenden Fliehkräfte über die Lagerkugeln 5 am Kä2 abgestützt, wobei die Lagerkugeln 5 an den jeweiligen äußeren Begrenzungsflächen 6 der Taschen 3 und den Stirnflächen 7 der Lagernadeln 4 punktförmig anliegen. Dadurch, dass die Lagerkugeln 5 im Durchmesser etwas geringer als die Lagernadeln 4 sind, werden axiale Kräfte ausschließlich von den Lagernadeln 4 aufgenommen. Radiale Kräfte hingegen, die von den Lagernadeln 5 ausgehen, werden am Käfig 2 durch die Lagerkugeln 5 abgestützt.
Aus der nachstehenden Formel geht die Ermittlung der Drehzahl der Lagernadeln eines Axialwälzlagers hervor:
In dieser Formel ist mit n die Antriebsdrehzahl des Lagers, mit D_pW der Teilkreisdurchmesser der Lagernadel, mit D_W deren Durchmesser und mit α der Druckwinkel des Lagers angegeben, der für Axiallager mit 90° anzusetzen ist. Nimmt man im vorliegenden Fall Lagerdaten an, die von einem Durchmesser der Lagernadeln D_W von 3 mm und einem Teilkreisdurchmesser der Lagernadeln D_pW von 52,5 mm ausgehen, so errechnet sich bei einer Drehzahl eines umlaufenden Lagerteiles von 20.000 U/min eine Drehzahl der Lagernadeln 4 in den Taschen 3 n_w = 175.000 U/min. Bei dieser konkreten Ausführungsvariante ist der Unterschied im Durchmesser zwischen Lagernadeln 4 und Lagerkugeln 5 mit etwa 10 μm anzusetzen. Es liegt auf der Hand, dass bei derartig hohen Rotationsgeschwindigkeiten der Lagernadeln 4 diese entsprechend reibungsfrei abzustützen sind, um ein Durchbohren des Käfigs 2 zu verhindern.

1: Wälzkörperkranz
2: Käfig
3: Tasche
4: Lagernadel
5: Lagerkugel
6: äußere Begrenzungsfläche
7: Stirnfläche
8: Achse
n_W: Drehzahl der Lagernadel
n: Antriebsdrehzahl des Lagers
D_pW: Teilkreisdurchmesser der Lagernadel
D_W: Durchmesser der Lagernadel
α: Druckwinkel des Lagers

Claims

Axialnadellager, bei dem in Taschen (3) eines Käfigs (2) zwei Wälzkörper aufgenommen und zwischen zwei Laufflächen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Tasche (3) eine Lagernadel (4) und eine Lagerkugel (5) konzentrisch in radialer Richtung hintereinander angeordnet sind, wobei die Lagernadel (4) radial innen und die Lagerkugel (5) radial außen angeordnet sind und die Lagerkugel (5) einen Durchmesser aufweist, der geringfügig kleiner als der Durchmesser der Lagernadel (4) ist.
Axialnadellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (2) scheibenförmig ausgebildet ist.
Axialnadellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (2) in profilierter Form ausgebildet ist.
Axialnadellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (2) mit Haltevorsprüngen zur Halterung der Lagernadeln (4) und/oder der Lagerkugeln (5) versehen ist.
Axialnadellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufflächen durch planparallele, insbesondere aus Blech hergestellten Laufscheiben gebildet sind, die durch gegenseitiges formschlüssiges Hintergreifen mit einem aus Käfig (2), Lagernadeln (4) und Lagerkugeln (5) bestehenden Wälzkörperkranz (1) eine unverlierbare Baueinheit bilden.