DE102005022205A1

DE102005022205A1 - Vierreihiges Kegelrollenlager

Info

Publication number: DE102005022205A1
Application number: DE102005022205A
Authority: DE
Inventors: Werner RÖMLING
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2005-05-13
Filing date: 2005-05-13
Publication date: 2006-11-16
Also published as: EP1880123A1; US20080193066A1; US7871202B2; WO2006119738A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein vierreihiges Kegelrollenlager (1) für Maschinenbaulagerungen, mit einem axial zweiteilig ausgebildeten Innenring (2) und einem axial ein- oder mehrteilig ausgebildeten Außenring (3), wobei jeweils eine innere und/oder eine äußere Kegelrollenreihe (4, 5; 7, 6) von einem Innenringteil (2a, 2b) getragen sind. DOLLAR A Um zum einen der Lagerstelle eine große Stützbreite zu verleihen und zum anderen eine möglichst optimale beziehungsweise gleichmäßige Belastung der Wälzkörper in Form der Kegelrollen (8) zu gewährleisten, sind die Kegelrollenreihen (4, 5, 6, 7) in einer O-Anordnung angeordnet und die Rollenachsen (13) der jeweils benachbarten äußeren und inneren Kegelrollen (8) der beiden jeweils benachbarten äußeren und inneren Kegelrolleneinheiten (4, 5; 7, 6) derart geneigt angeordnet, dass die die Druckwinkel (alpha¶1¶, alpha¶2¶) kennzeichnenden Wirkungslinien (14) der Kegelrollen (8) sich im Bereich der Drehachse des Kegelrollenlagers (1) schneiden. Neben anderen Vorteilen ist dieses Lager im Vergleich zu bekannten vierreihigen Kegelrollenlagern kostengünstiger und hinsichtlich der Herstellqualität prozesssicherer herstellbar.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf ein vierreihiges Kegelrollenlager, beispielsweise für Maschinenbaulagerungen wie Planetenlagerungen oder Walzwerkslagerungen, mit einem axial zweiteilig ausgebildeten Innenring und einem axial ein- oder mehrteilig ausgebildeten Außenring, wobei jeweils eine äußere und eine innere Kegelrollenreihe von einem Innenringteil getragen sind.

Hintergrund der Erfindung

Kegelrollenlager sind bereits seit langem bekannt. So beschreibt die US 2,130,258 Kegelrollenlager in Tandem-, X- und O-Bauweise, bei denen die Kegelrollen durch im Wesentlichen identisch ausgebildete ein- oder mehrteilige Innenringe und im Wesentlichen identisch ausgebildete mehrteilige Außenringe getragen sind. Ferner ist aus dieser Druckschrift auch ein vierreihiges Kegelrollenlager in X- bzw. O-Bauweise bekannt, bei dem die jeweils axial äußere Kegelrollenreihe und die benachbarte axial innere Kegelrollenreihe Kegelrollen aufweisen, die gleichgroß sowie gleichgerichtet angeordnet sind und bei denen demnach deren Druckwinkel jeweils gleich sind.

Nachteilig an diesem Kegelrollenlager ist, dass dieses aus sehr vielen Einzelteilen besteht, was den Montageaufwand sowie die Herstellungskosten erhöht.

Demgegenüber offenbart die DE 41 42 802 A1 ein vierreihiges Kegelrollenlager, welches die Kombinationen einer O-Anordnung mit einer X-Anordnung vorsieht, indem zwischen einem axial mehrteiligen Innenring sowie einem axial mehrteiligen Außenring die Kegelrollen angeordnet sind und die inneren Rollenreihen in O-Anordnung sowie die benachbarten äußeren Rollenreihen in X-Anordnung ausgebildet sind. Auch dieses Kegelrollenlager besteht nachteilig aus vergleichsweise vielen Einzelteilen.

Aus der Praxis ist es zudem bekannt, dass Lager in O-Anordnung der Lagerstelle eine große Stützbreite verleihen und diese dadurch sehr starr sowie für große Kippmomente aufnahmefähig sind. Lager in X-Anordnung besitzen dagegen eine geringe Stützbreite und Starrheit, und deren Aufnahmevermögen für Kippmomente ist demgemäß auch kleiner als bei einer O-Anordnung.

Außerdem ist es bekannt, dass bei vierreihigen Kegelrollenlagern für eine Lagerstelle an sich eine statisch unbestimmte Lagerung zu verzeichnen ist, die ihrerseits infolge der Elastizität der Umgebungsteile und der Wälzkörper zu einer unterschiedlichen Wälzkörperbelastung sowie in der Folge zu einer verringerten Lebensdauer des Lagersystems führen können. Hier setzt die nachfolgend beschriebene Erfindung an.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes vierreihiges Kegelrollenlager zu schaffen, welches beispielsweise für Maschinenbaulagerungen wie etwa Planetenradlagerungen, Walzwerkslagerungen und dergleichen bes tens geeignet ist, und welches zum einen der Lagerstelle eine große Stützbreite verleiht und diese dadurch sehr starr und für große Kippmomente aufnahmefähig macht, und zum anderen eine möglichst optimale beziehungsweise gleichmäßige Belastung der Wälzkörper gewährleistet. Zudem soll dieses Kegelrollenlager möglichst wenige Einzelteile umfassen, so dass dessen Herstellung deutlich kostengünstiger als bei bekannten vierreihigen Kegelrollenlagern ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Ausgehend von einem vierreihigen Kegelrollenlager für Maschinenbaulagerungen, mit einem axial zweiteilig ausgebildeten Innenring und einem axial ein- oder mehrteilig ausgebildeten Außenring, bei dem jeweils eine äußere und eine innere Kegelrollenreihe von einem Innenringteil getragen sind, wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass die Kegelrollenreihen in einer O-Anordnung angeordnet sind, dass die Rollenachsen der jeweils benachbarten axial äußeren und inneren Kegelrollen der beiden jeweils benachbarten axial äußeren und inneren Kegelrollenreihen derart geneigt angeordnet sind, dass die die Druckwinkel α₁, α₂ kennzeichnenden Wirkungslinien der Kegelrollen sich im Bereich der Drehachse des Kegelrollenlagers schneiden, und dass sich je Innenringteil eine Zweifach-Abstützung beziehungsweise statisch bestimmte Abstützung ergibt. Demnach sind bei diesem vierreihigen Kegelrollenlager ausgehend von der axialen Mitte des Lagers die Kegelrollen axial unmittelbar benachbarter axial innerer und äußerer Kegelrollenreihen unter verschiedenen Winkeln zur Drehachse des Lagers ausgerichtet.

Eine davon unabhängige Bauweise löst gemäß den Merkmalen des Anspruchs 2 die gestellt Aufgabe durch ein vierreihiges Kegelrollenlager für Maschinenbaulagerungen, mit einem axial zweiteilig ausgebildeten Innenring und einem axial einteilig oder mehrteilig ausgebildeten Außenring, wobei jeweils eine axial äußere und/oder eine axial innere Kegelrollenreihe von einem Innenringteil getragen sind, wobei die Kegelrollenreihen in einer O-Anordnung angeordnet und die Rollenachsen der jeweils benachbarten äußeren und inneren Kegelrollen der beiden jeweils benachbarten äußeren und inneren Kegelrollenreihen derart geneigt angeordnet sind, dass die die Druckwinkel α₁, α₂ kennzeichnenden Wirkungslinien der Kegelrollen sich nicht im Bereich der Drehachse des Kegelrollenlagers schneiden, und sich je Innenringteil eine Zweifach-Abstützung beziehungsweise eine statisch bestimmte Abstützung ergibt.

Im Gegensatz zu der technischen Lösung gemäß Anspruch 1 sind bei dieser Bauform ausgehend von der axialen Mitte des Lagers die Kegelrollen axial unmittelbar benachbarter axial innerer und äußerer Kegelrollenreihen unter dem gleichen Winkel zur Drehachse des Lagers ausgerichtet. Daher sind auch die Wirklinien der axial jeweils unmittelbar benachbarten inneren und äußeren Kegelrollen im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet.

Durch die geschilderten Konstruktionen wird jeweils ein vergleichsweise starres Lager mit vergleichsweise wenigen Einzelteilen geschaffen, welches sich insbesondere für dynamische Lastfälle eignet und ein ungleichmäßiges Tragen der Kegelrollenreihen, einhergehend mit erhöhter Geräuschbelastung und einer Minderung der Standzeit bzw. Laufdauer des Lagers, vermeidet. Des Weiteren wird durch diese Maßnahme beispielsweise auch ein nachteiliges Taumeln von beispielsweise Planetenrädern im lastfreien Betrieb verhindert, da die Lagerung durch die genannte Zweifach-Abstützung je Innenringteil immer statisch bestimmt ist. Infolge der Tatsache, dass das Lager für den dynamischen Lastfall optimiert ist, wird bei einer statischen Beanspruchung des Lagers auch die Sicherheit verbessert bzw. die Flächenpressung vermindert und etwaige Kantenpressungen vermieden. Zudem lässt sich dieses Kegelrollenlager kostengünstiger und leichter mit gleich bleibender Qualität herstellen, als dies bei bisher bekannten gattungsgemäßen Kegelrollenlagern möglich war.

Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen oder Ausgestaltungen der Erfindung.

Danach ist vorgesehen, dass Stützborde zur axialen Abstützung der Kegelrollen je nach Anwendungsfall sowohl am Innen- als auch am Außenring angeordnet sein können. Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Abstände der Stützborde und demgemäß die axiale Länge der Kegelrollen in Abhängigkeit von bestimmten Randbedingungen, wie einer etwaigen Verformung der Umbauteile, für gleiche Belastungen der Kegelrollenreihen ausgelegt sind. Insoweit können bezüglich der beiden Innenringteile die Abstände der Stützborde und demgemäß die axialen Längen der Kegelrollen verschieden gewählt sein.

Ferner kann es angezeigt sein, dass die Anzahl der Kegelrollen zumindest in zwei der Kegelrollenreihen von der gewählten Anzahl der Kegelrollen in den übrigen Kegelrollenreihen abweicht.

Auch hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Kegelrollen der beiden innen liegenden Kegelrollenreihen mit einer Vorspannung oder einem gegenüber den anderen Kegelrollenreihen anderen Axialspiel, vorzugsweise einem kleineren Axialspiel, zu beaufschlagen. Dadurch ist eine homogenere Lastverteilung und eine weitere Geräuschreduzierung im lastfreien oder lastarmen Betrieb möglich.

Außerdem kann es zur Reduzierung der Herstellkosten zweckmäßig sein, den ein- oder mehrteiligen Außenring durch ein Laufbahnen für die Kegelrollen aufweisendes Planetenrad oder sonstiges Rad auszubilden.

Schließlich wird hinsichtlich der Schnittpunktlage der Wirkungslinien der Kegelrollen bevorzugt, dass dieser Schnittpunkt weniger als 10% des Lageraußendurchmessers von der Drehachse des Kegelrollenlagers entfernt liegt.

Insgesamt kann festgestellt werden, dass der Aufbau eines vierreihigen Kegelrollenlagers gemäß der Erfindung vergleichsweise wenige Einzelteile erfordert, wodurch die Anzahl der Passflächen und Messflächen an einem solchen Lager deutlich reduziert ist. Es ist daher verständlich, dass ein derartiges Lager besonders kostengünstig und dennoch mit hoher Qualität herstellbar ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung an einigen Ausführungsformen näher erläutert. Die einzige Figur zeigt dabei ein erfindungsgemäß ausgebildetes vierreihiges Kegelrollenlager in einer schematischen Schnittdarstellung.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Das in der Zeichnung dargestellte Kegelrollenlager 1 ist für Maschinenbaulagerungen, insbesondere für Planetenlagerungen, Walzwerkslagerungen usw. geeignet. Es setzt sich aus einem geteilten Innenring 2 mit zwei Innenringteilen 2a, 2b und einem Außenring 3 mit zwei Außenringteilen 3a, 3b sowie vier zwischen den Innenring- und Außenringteilen 2a, 2b, 3a, 3b angeordneten Kegelrollenreihen 4, 5, 6, 7 zusammen, wobei jede Kegelrollenreihe 4, 5, 6, 7 eine Mehrzahl von Kegelrollen 8 aufweist, die ihrerseits von einem an sich bekannten und demgemäß nicht näher gezeigten wenigstens einem Käfig gehalten sind.
Durch die beiden Außenringteile 3a, 3b ist im Zusammenbau eine radial außen liegende Ringnut 9 gebildet, die ihrerseits in zumindest eine nicht näher gezeigte Radialbohrung übergeht. Ferner ist im Anschlussbereich der beiden Innenringteile 2a, 2b eine Schmiernut 10 vorgesehen.
Vorliegend werden je zwei Kegelrollenreihen 5 und 6 bzw. 7 und 8 von jeweils einem Innenringteil 2a bzw. 2b getragen. Wie der einzigen Figur weiter zu entnehmen ist, sind die Kegelrollenreihen 4, 5, 6, 7 in einer O-Anordnung angeordnet, welche der Lagerstelle eine große Stützbreite verleiht und diese dadurch sehr starr und für große Kippmomente aufnahmefähig macht.
Weiter sind die äußeren Kegelrollenreihen 4 und 7 axial zwischen Stützborden 11 der Innenringteile 2a, 2b sowie die inneren Kegelrollenreihen 5, 6 axial zwischen Stützborden 12 der beiden Außenringteile 3a, 3b abgestützt.
Selbstverständlich ist es auch möglich, Stützborde 11, 12 ausschließlich an den Innenringteilen 2a, 2b oder an den Außenringteilen 3a, 3b vorzusehen, welches durch die Erfindung mit erfasst ist (nicht näher gezeigt). Die Führung der Kegelrollen 8, zumindest der axial innen liegenden, in radial außen liegenden Ringborden 12 wird jedoch favorisiert, da hierdurch eine günstigere Schmierstoffversorgung zu verzeichnen ist.
Ebenso ist es möglich und wird durch die Erfindung mit erfasst, einen einteilig ausgebildeten Außenring 3 vorzusehen oder jeder Kegelrollenreihe 4, 5, 6, 7 ein eigenes Außenringteil zuzuordnen (nicht näher dargestellt).
Um eine möglichst optimale beziehungsweise gleichmäßige Belastung der Kegelrollen 8 gewährleisten zu können, sind die Rollenachsen 13 der Kegelrollen 8 der jeweils benachbarten äußeren und inneren Kegelrollenreihen 4, 5 bzw. 7, 6 derart geneigt angeordnet, dass die die Druckwinkel α₁, α₂ kennzeichnenden Wirkungslinien 14 der benachbarten Kegelrollen 8 sich im Bereich der vorliegend nicht näher gezeigten Drehachse des Kegelrollenlagers 1 schneiden.
Hierdurch ergibt sich, für den Fachmann in Kenntnis der Erfindung leicht nachvollziehbar, in besonders vorteilhafter Weise je Innenringteil 2a, 2b eine Zweifach-Abstützung beziehungsweise eine statisch bestimmte Abstützung.
In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass zur optimalen Wirksamkeit des Aufbaus eines Lagers gemäß der Erfindung der Schnittpunkt der Wirkungslinien 14 der Kegelrollen 8 vorzugsweise weniger als 10% des Lageraußendurchmessers von der Drehachse des Kegelrollenlagers 1 entfernt liegt.
Gerade bei der Verwendung der erfindungsgemäß ausgebildeten Kegelrollenlager zur Lagerung von Planetenrädern wird nunmehr im Vergleich zu herkömmlich ausgebildeten Kegelrollenlagern bei gleicher Belastung eine nachteilige Durchbiegung und Neigung des Planetenbolzens vermieden, zumindest jedoch gemindert.
Zudem wurden weitere Möglichkeiten gefunden, um auf die Lagereigenschaften des vorstehend beschriebenen vierreihigen Kegelrollenlagers 1 Einfluss nehmen zu können.
So können die Abstände der Stützborde 11, 12 und demgemäß die axiale Länge der Kegelrollen 8 in Abhängigkeit von bestimmten Randbedingungen, wie einer etwaigen Verformung von Umbauteilen, ausgelegt bzw. variiert werden, um eine weitestgehend gleiche Belastung der jeweiligen Kegelrollenreihen 4, 5, 6, 7 zu erzielen, welches sich vorteilhaft auf die Lagerlebensdauer auswirkt. In der Folge können somit bezüglich der beiden Innenringteile 2a, 2b die Abstände der Stützborde 11, 12 und demgemäß die axialen Längen der Kegelrollen 8 verschieden gewählt sein.
Ebenso kann auch die Anzahl der Kegelrollen 8 von zumindest einer, vorzugsweise zwei der Kegelrollenreihen 4, 5, 6, 7 von der gewählten Anzahl der Kegelrollen 8 der übrigen Kegelrollenreihen abweichen, um beispielsweise ein nachteiliges Mitdrehen eines einzigen gemeinsamen Außenringes 3 in Planetenrädern zu mindern (nicht näher dargestellt).
Ferner hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die beiden axial innen liegenden Kegelrollenreihen 5, 6 mit einer leichten Vorspannung zu beaufschlagen, wodurch eine homogene Lastverteilung und eine Geräuschminderung im unteren bzw. lastfreien Bereich insbesondere bei Verwendung in einem Planetentrieb zu verzeichnen sind.
Um die Bauteileanzahl und den Fertigungsaufwand weiter zu verringern sowie die Genauigkeit in der Herstellung des Kegelrollenlagers zu erhöhen, kann es schließlich auch zweckmäßig sein, den ein- oder mehrteiligen Außenring 3 durch beispielsweise ein Laufbahnen für die Kegelrollen 8 aufweisendes Planeten- oder sonstiges Rad auszubilden (nicht näher dargestellt). Der herkömmliche separate Außenring 3 ist somit entbehrlich und wird sozusagen durch das Planetenrad oder sonstiges Rad ersetzt.

1: Kegelrollenlager
2: Innenring
2a: Innenringteil
2b: Innenringteil
3: Außenring
3a: Außenringteil
3b: Außenringteil
4: Kegelrollenreihe
5: Kegelrollenreihe
6: Kegelrollenreihe
7: Kegelrollenreihe
8: Kegelrollen
9: Ringnut
10: Schmiernut
11: Ringborde
12: Ringborde
13: Rollenachse
14: Wirkungslinien
α₁: Druckwinkel
α₂: Druckwinkel

Claims

Vierreihiges Kegelrollenlager (1) für Maschinenbaulagerungen, mit einem axial zweiteilig ausgebildeten Innenring (2) und einem axial ein- oder mehrteilig ausgebildeten Außenring (3), wobei jeweils eine axial äußere und eine axial innere Kegelrollenreihe (4, 5; 7, 6) von einem Innenringteil (2a, 2b) getragen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Kegelrollenreihen (4, 5, 6, 7) in einer O-Anordnung angeordnet und die Rollenachsen (13) der jeweils benachbarten äußeren und inneren Kegelrollen (8) der beiden jeweils benachbarten äußeren und inneren Kegelrollenreihen (4, 5; 7, 6) derart geneigt angeordnet sind, dass die die Druckwinkel (α₁, α₂) kennzeichnenden Wirkungslinien (14) der Kegelrollen (8) sich im Bereich der Drehachse des Kegelrollenlagers (1) schneiden, und sich je Innenringteil (2a, 2b) eine Zweifach-Abstützung beziehungsweise eine statisch bestimmte Abstützung ergibt.
Vierreihiges Kegelrollenlager (1) für Maschinenbaulagerungen, mit einem axial zweiteilig ausgebildeten Innenring (2) und einem axial ein- oder mehrteilig ausgebildeten Außenring (3), wobei jeweils eine axial äußere und/oder eine axial innere Kegelrollenreihe (4, 5; 7, 6) von einem Innenringteil (2a, 2b) getragen sind, wobei die Kegelrollenreihen (4, 5, 6, 7) in einer O-Anordnung angeordnet und die Rollenachsen (13) der jeweils benachbarten äußeren und inneren Kegelrollen (8) der beiden jeweils benachbarten äußeren und inneren Kegelrollenreihen (4, 5; 7, 6) derart geneigt angeordnet sind, dass die die Druckwinkel (α₁, α₂) kennzeichnenden Wirkungslinien (14) der Kegelrollen (8) sich nicht im Bereich der Drehachse des Kegelrollenlagers (1) schneiden, und sich je Innenringteil (2a, 2b) eine Zweifach-Abstützung beziehungsweise eine statisch bestimmte Abstützung ergibt.
Vierreihiges Kegelrollenlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Stützborde (11, 12) zur axialen Abstützung der Kegelrollen (8) am Innen- und/oder am Außenring (2, 3) angeordnet sind.
Vierreihiges Kegelrollenlager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstände der Stützborde (11, 12) und demgemäß die axiale Länge der Kegelrollen (8) in Abhängigkeit von bestimmten Randbedingungen, wie einer etwaigen Verformung der Umbauteile, für gleiche Belastungen der Kegelrollenreihen (4, 5, 6, 7) ausgelegt sind.
Vierreihiges Kegelrollenlager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bezüglich der beiden Innenringteile (2a, 2b) die Abstände der Stützborde (11, 12) und demgemäß die axialen Längen und Durchmesser der Kegelrollen (8) verschieden gewählt sind.
Vierreihiges Kegelrollenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Kegelrollen (8) zumindest einer, vorzugsweise von zwei der Kegelrollenreihen (4, 5, 6, 7) von der gewählten Anzahl der Kegelrollen (8) der übrigen der Kegelrollenreihen abweicht.
Vierreihiges Kegelrollenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden axial innen liegenden Kegelrollenreihen (5, 6) mit einer Vorspannung oder einem gegenüber den anderen Kegelrollenreihen (4, 7) anderen Axialspiel beaufschlagt sind.
Vierreihiges Kegelrollenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der ein- oder mehrteilige Außenring (3) durch ein Laufbahnen für die Kegelrollen (8) aufweisendes Planeten- oder sonstiges Rad gebildet ist.
Vierreihiges Kegelrollenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schnittpunkt der Wirkungslinien (14) der Kegelrollen (8) weniger als 10% des Lageraußendurchmessers von der Drehachse des Kegelrollenlagers (1) entfernt ist.