DE102006029348A1

DE102006029348A1 - Radialwälzlager

Info

Publication number: DE102006029348A1
Application number: DE102006029348A
Authority: DE
Inventors: Rolf Fleischhauer; Christian Hoffinger
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-06-27
Filing date: 2006-06-27
Publication date: 2008-01-03
Anticipated expiration: 2026-06-28
Also published as: DE102006029348B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Radialwälzlager (1), bestehend aus einem äußeren Lagerring (2) und einem inneren Lagerring (3), zwischen denen auf zugehörigen Laufbahnen (4, 5) zylindrische Wälzkörper (6) abrollen, wobei zur Vermeidung von Schlupf zwischen den Wälzkörpern (6) und den Laufbahnen (4, 5) die Wälzkörper (6) von einem elastischen Spannelement umfasst sind, welches die Wälzkörper (6) gegen die Laufbahn (5) des anderen Lagerringes (3) presst und wobei wenigstens einer der Lagerringe (2, 3) seitliche Borde (7, 8, 9) aufweist, die einen Anschlag für die Wälzkörper (6) bilden. In erfindungsgemäßer Weise ist das elastische Spannelement (10) im Bereich wenigstens eines Bordfreistiches (11) angeordnet und die Wälzkörper (6) in Richtung einer Mittellinie der gegenüberliegenden Laufbahn (5) mit einer Kraft (F) beaufschlagt, die eine radiale (Frad) dund eine axiale Komponente (Fax) aufweist. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass sowohl Schlupf als auch axiale Stöße vermieden werden.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Radialwälzlager, bestehend aus einem äußerem Lagerring und einem inneren Lagerring, zwischen denen auf zugehörigen Laufbahnen zylindrische Wälzkörper abrollen, wobei zur Vermeidung von Schlupf zwischen den Wälzkörpern und den Laufbahnen die Wälzkörper von einem elastischen Spannelement umfasst sind, welches die Wälzkörper gegen die Laufbahn des anderen Lagerringes presst und wobei wenigstens einer der Lagerringe seitliche Borde aufweist, die einen Anschlag für die Wälzkörper bilden.
Hintergrund der Erfindung
Dem Fachmann in der Wälzlagertechnik ist es allgemein bekannt, dass Wälzlager bei ausreichender Belastung einen optimalen kinematischen Betriebszustand aufweisen, bei dem die Wälzkörper ohne zu gleiten auf den Laufbahn des inneren und des äußeren Lagerringes abrollen. Des weiteren ist es von niedrig belasteten, schweren Radialwälzlagern bekannt, dass sich der aus den Wälzkörpern und deren Lagerkäfig bestehende Wälzkörpersatz aufgrund der Reibung im Lager bzw. aufgrund der hohen Massenkräfte es Wälzkörpersatzes und der geringen Kontaktkraft zwischen den Wälzkörpern und den Laufbahnen nicht mit der kinematischen Drehzahl dreht. Die Drehzahl des Wälzkörpersatzes bleibt folglich gegenüber der kinematischen Drehzahl zurück, so dass sich die Wälzkörper in einem unterkinematischen Zustand befinden, durch den zwischen diesen Wälzkörpern und mindestens einer Laufbahn ein Schlupf vorliegt. Dabei baut sich an den Kontaktflächen zwischen den Wälzkörpern und der Laufbahn ein Schmierfilm auf, der jedoch bei Drehzahl- oder Belastungsänderung periodisch zerstört wird, so dass an den Schlupf behafteten Kontaktstellen innerhalb kürzester Zeit kein ausreichender Schmierfilm zur Verfügung steht. Dies hat zur Folge, dass es zu einer metallischen Berührung der Laufbahn mit den Wälzkörpern kommt, durch die die Wälzkörper kurzzeitig auf die kinematische Drehzahl beschleunigt und anschließend infolge der Reibung wieder verzögert werden. Diese große Differenzgeschwindigkeit zwischen der Laufbahn und den Wälzkörpern sowie das Fehlen eines trennenden Schmierfilmes ist somit ursächlich dafür, dass Schlupfschäden, wie beispielsweise Anschmierungen, entstehen.
Zur Vermeidung dieses Schlupfeffektes und der daraus sich ergebenden Nachteile wurde deshalb durch die DE 932 942 ein Wälzlager mit erhöhtem Rollwiderstand vorgeschlagen, welches im Wesentlichen aus einem äußerem Lagerring und einem inneren Lagerring sowie aus einer Vielzahl zwischen den Lagerringen auf deren Laufbahnen abrollenden Wälzkörper besteht, die durch einen Lagerkäfig in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen voneinander gehalten sind. Bei diesem Radialwälzlager ist axial mittig in die Laufbahn des äußeren Lagerringes eine umlaufende Nut eingearbeitet, in der ein elastisches, in Richtung der Lagerlängsachse wirkendes Spannelement angeordnet ist, welches die Wälzkörper gegen die Laufbahn des jeweiligen anderen Lagerringes presst. Dieses Spannelement ist dabei als ein Kunststoffring ausgebildet, der die Nut in der Laufbahn des äußeren Lagerringes ausfüllt und geringfügig über die Laufbahn hervorsteht, so dass dieser beim Überrollen von den Wälzkörpern verformt wird und sich infolgedessen deren Rollwiderstand erhöht.
Nachteilig bei einem solchen Wälzlager ist es jedoch, dass der in der Laufbahn des äußeren Lagerringes angeordnete Kunststoffring einen niedrigen Elastizitätsmodul aufweist, durch den der Kunststoffring abhängig vom jeweiligen Kunststoff nur über eine geringe nicht veränderliche Vorspannkraft verfügt.
Darüber hinaus hat es sich unter realen Betriebsbedingungen gezeigt, dass ein solcher Kunststoffring sehr verschleißempfindlich ist, da dessen Material durch das permanente Überrollen durch die Wälzkörper einer ständigen Walkbeanspruchung unterliegt, durch die bereits nach kurzer Zeit die Elastizität und die Vorspannkraft des Materials nachlässt über eine längere Betriebszeit kaum noch vorhanden ist. Das Nachlassen der Elastizität und der Vorspannkraft eines solchen Kunststoffringes wird dabei noch durch den Abrieb durch die Wälzkörper sowie dadurch verstärkt, dass der Kunststoffring einen höheren Ausdehnungskoeffizienten als der Lagerring aufweist und somit sich bei Betriebstemperatur des Lagers radial derart ausweitet, dass dessen Beanspruchung und Verschleiß noch höher wird. Außerdem sind die Anwendungsmöglichkeiten von Lagern mit derartigen Kunststoffringen nur begrenzt, da in vielen Fällen für die Lager spezielle Schmierstoffe mit chemischen Bestandteilen verwendet werden, die aggressiv auf die Kunststoffteile reagieren. Es ist außerdem von Nachteil, dass durch einen zusätzlichen spanenden Bearbeitungsvorgang in den äußeren Lagerring eine Nut zur Aufnahme dieses Kunststoffringes eingebracht werden muss.
Zusammenfassung der Erfindung
Ausgehend von den dargelegten Nachteilen der Lösung des bekannten Standes der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein Radialwälzlager zu konzipieren, bei dem zur Vermeidung von Schlupf zwischen den Wälzkörpern und deren einer Laufbahn ein die Wälzkörper auf die andere Laufbahn pressendes Spannelement verwendet wird, das keine zusätzlichen Bearbeitungsvorgänge zu seiner Herstellung erforderlich macht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen Oberbegriff dadurch gelöst, dass das elastische Spannelement im Bereich wenigstens eines Bordfreistiches angeordnet ist und die Wälzkörper in Richtung einer Mittelebene der gegenüberliegenden Laufbahn mit einer Kraft beaufschlagt, die eine radiale und eine axiale Komponente aufweist.
Die erfindungsgemäße Anordnung des Spannelementes hat den Vorteil, dass zu dessen Aufnahme eine spangebende Bearbeitung zur Herstellung einer Nut am Lagerinnenring oder am Lageraußenring nicht erforderlich ist, so dass die Herstellung des Lagers insgesamt kostengünstiger ist. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass das Spannelement keinen zusätzlichen Bauraum innerhalb der Laufflächen der Wälzkörper beansprucht, so dass keine Traglastminderung des Radialwälzlagers gegeben ist.
Ein weiterer Vorteil liegt darin begründet, dass das Spannelement die Wälzkörper mit einer Kraft beaufschlagt, die eine radiale und eine axiale Komponente aufweist. Zum einen wird dadurch wie im Stand der Technik beschrieben, der Schlupf reduziert und zum anderen ist sichergestellt, dass durch die axiale Kraftkomponente auch axiale Stöße auf das Lager wesentlich besser abgefedert werden können. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass das Spannelement an sich nicht im Laufbahnbereich angeordnet ist und somit nur sehr eingeschränkten Kräften unterworfen ist, so dass seine Gesamtlebensdauer wesentlich höher liegen dürfte als bei einer Anordnung im Laufbahnbereich.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, dass durch metallische Spannelemente in Form von Federn bzw. Federringen wesentlich höhere und genau definierte Vorspannkräfte auf die Wälzkörper ausgeübt werden können, ohne dass die Elastizität und die Vorspannkraft des Materials durch das permanenten Überrollen durch die Wälzkörper nachlässt. Darüber hinaus sind die Anwendungsmöglichkeiten von solchen Lagern mit metallischen Federelementen nahezu unbegrenzt, da die Federelemente gegen Schmierstoffe mit aggressiven chemischen Bestandteilen resistent sind.
Bevorzugte Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäß ausgebildeten Radialwälzlagers sind in den Unteransprüchen beschrieben.
So ist nach Anspruch 2 vorgesehen, dass das Spannelement in beiden Bord freistichen des äußeren Lagerringes angeordnet ist. Dadurch ist sichergestellt, dass von beiden Seiten auf die Wälzkörper eingewirkt wird, so dass der Schlupf einerseits mit Sicherheit vermieden ist und andererseits durch die schräge Wirkung der aufgebrachten Kraft Axialstöße sehr gut abgefedert werden können.
Nach einem weiterem Merkmal der Erfindung gemäß Anspruch 3 soll das Spannelement eine metallische Wurmfeder sein. Derartige Teile sind in vielfältigen Größen und Ausführungsvarianten auf dem Markt als kostengünstiges Zukaufteil erhältlich. Aufgrund ihres Werkstoffes zeichnen sie sich durch Resistenzfähigkeit gegenüber dem Schmiermittel aus.
Bei bestimmten Anwendungsmöglichkeiten, d.h., wenn kein aggressives Schmiermittel eingesetzt werden muss, sind die Spannelemente als O-Ringe ausgebildet und bestehen aus einem gummielastischen oder aus einem polymeren Werkstoff. Auch derartige Teile sind in den vielfältigsten Ausführungsvarianten als kostengünstiges Zukaufteil erhältlich. Diese Variante der Erfindung geht aus Anspruch 4 hervor.
Schließlich ist gemäß Anspruch 5 ein Spannelement vorgesehen, das aus einem O-Ring aus einem gummielastischen oder einem polymeren Werkstoff besteht, der an einer kegelstumpfartigen Blechscheibe anliegt, die im Übergangsbereich zwischen Mantelfläche und Stirnfläche der Wälzkörper angeordnet ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in vereinfachter Form dargestellt ist.
Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Zylinderrollenlager,
2 einen Schnitt entlang der Linie II-I in 1 und
3 eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnittes aus 1.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Aus den 1, 2 und 3 geht deutlich jeweils ein als Zylinderrollenlager ausgebildetes Radialwälzlager 1 hervor, welches im Wesentlichen aus dem äußeren Lagerring 2 und dem inneren Lagerring 3 besteht, zwischen denen auf zugehörigen Laufbahnen 4, 5 Wälzkörper 6 abrollen, die in einem Käfig 16 untergebracht sind. Wie weiter erkennbar, ist der äußere Lagerring 2 beidseitig mit je einem radial nach innen gerichteten Bord 7, 8 versehen, während der innere Lagerring 3 nur auf seiner rechten Seite einen radial nach außen gerichtet Bord 9 besitzt.
Darüber hinaus ist den Figuren entnehmbar, dass im äußerem Lagerring 2 beidseitig im Bordfreistich 11 je ein Spannelement 10 angeordnet ist, das sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus dem O-Ring 12 und der kegelstumpfartigen Scheibe 13 zusammensetzt, wobei die Scheibe 13 im Bordfreistich 11 freigestellt angeordnet ist. Wie erkennbar, ist das aus O-Ring 12 und Scheibe 13 bestehende Spannelement 10 im Übergangsbereich 17 der zylindrischen Wälzkörper 6 angeordnet, der durch deren Mantelfläche 14 und durch deren Stirnfläche 15 bestimmt ist. Durch diese Anordnung des federnden Spannelementes 10 wird je eine Kraft F entwickelt, die, wie durch den Pfeil dargestellt, von rechts bzw. von links schräg nach innen in Richtung der Wälzkörper 6 wirken und sich im Punkt 18 der Mittelebene 20 treffen. Diese schräg gerichtete mit F bezeichnete Kraft setzt sich aus einer axialen Kraftkomponente Fax und einer radialen Kraftkomponente Frad zusammen. Durch diese Aufsplittung der Kraft F in ihre beiden Komponenten Fax und Frad ist sichergestellt, dass die zwischen den Laufringen 2, 3 abwälzenden Wälzkörper 6 sowohl in axialer als auch in radialer Richtung vorgespannt sind, wobei sich in radialer Richtung die beiden Kräfte Frad zur Gesamtkraft Fres addieren. Auf diese Weise wird Schlupf vermieden und es können axial auftretende Stöße besser aufgenommen werden. Es liegt auf der Hand, dass die Mittelebene 20 nur wirklich dann mittig angeordnet ist, wenn die beidseitig angreifenden Kräfte F den gleichen Neigungswinkel aufweisen. Ist dieser unterschiedlich, so wird die Mittelebene 20 nach links oder nach rechts in Richtung der Borde 8, 7 verschoben. Der auf der Mittelebene 20 liegende Punkt 18 ist ebenfalls in radialer Richtung in Abhängigkeit von der radialen Kraftkomponente Frad verschiebbar. Nimmt diese ab, so wird sich der Punkt 18 gemäß 1 in Richtung des äußeren Lagerringes 2 verschieben.
Bei Rotation der Wälzkörper 6 um die Lagerachse 19 verläuft außerhalb der Lastzone der Kraftfluss vom äußeren Lagerring 2 über die Spannelemente 10 zu den Wälzkörpern 6 und von dort zum inneren Lagerring 3. Zwischen der Außenlaufbahn 4 und den Wälzkörpern 6 besteht kein Kontakt. In der Lastzone werden die Spannelemente 10 durch die Betriebslast zusammengedrückt, so dass die Wälzkörper 6 sowohl mit der Innenlaufbahn 5 als auch mit der Außenlaufbahn 4 in Kontakt sind. Der Kraftfluss verläuft in diesem Fall vom inneren Lagerring 3 über die Wälzkörper 6 zum äußerem Lagerring 2.

1: Radialwälzlager
2: äußerer Lagerring
3: innerer Lagerring
4: Laufbahn
5: Laufbahn
6: Wälzkörper
7: Bord
8: Bord
9: Bord
10: Spannelement
11: Bordfreistich
12: O-Ring
13: kegelstumpfartige Scheibe
14: Mantelfläche
15: Stirnfläche
16: Käfig
17: Übergangsbereich
18: Punkt
19: Lagerachse
20: Mittelebene
F: Kraft
Fres: Gesamtkraft
Fax: axiale Kraftkomponente
Frad: radiale Kraftkomponente

Claims

Radialwälzlager (1), bestehend aus einem äußeren Lagerring (2) und einem inneren Lagerring (3), zwischen denen auf zugehörigen Laufbahnen (4, 5) zylindrische Wälzkörper (6) abrollen, wobei zur Vermeidung von Schlupf zwischen den Wälzkörpern (6) und den Laufbahnen (4, 5) die Wälzkörper (6) von einem elastischen Spannelement umfasst sind, welches die Wälzkörper (6) gegen die Laufbahn (5) des anderen Lagerringes (3) presst und wobei wenigstens einer der Lagerringe (2, 3) seitliche Borde (7, 8, 9) aufweist, die einen Anschlag für die Wälzkörper (6) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Spannelement (10) im Bereich wenigstens eines Bordfreistiches (11) angeordnet ist und die Wälzkörper (6) in Richtung einer Mittelebene (20) der gegenüberliegenden Laufbahn (5) mit einer Kraft (F) beaufschlagt, die eine radiale (Frad) und eine axiale Komponente (Fax) aufweist.
Radialwälzlager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (10) in beiden Bordfreistichen (11) des äußeren Lagerringes (2) angeordnet ist.
Radialwälzlager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (10) eine metallische Wurmfeder ist.
Radialwälzlager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (10) ein O-Ring (12) aus einem gummielastischen oder einem polymeren Werkstoff ist.
Radialwälzlager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (10) ein O-Ring (12) aus einem gummielastischen oder einem polymeren Werkstoff ist, der an einer kegelstumpfartigen Blechscheibe (13) anliegt, die im Übergangsbereich (17) zwischen Mantelfläche (14) und Stirnfläche (15) der Wälzkörper (6) anliegt.