DE102006042676B4

DE102006042676B4 - Wälzlager

Info

Publication number: DE102006042676B4
Application number: DE102006042676.2A
Authority: DE
Inventors: Oswald Bayer
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-09-12
Filing date: 2006-09-12
Publication date: 2016-02-25
Anticipated expiration: 2026-09-13
Also published as: WO2008031402A1; DE102006042676A1

Abstract

Wälzlager umfassend einen Außenring und einen Innenring mit jeweiligen Laufflächen für zwischen diesen angeordnete Wälzkörper, bei dem in die Lauffläche (3, 5) des Außen- oder des Innenrings (2, 4) zwei oder mehr gegen eine Rückstellkraft radial bewegliche und mit den sie überrollenden Wälzkörpern (6) zusammenwirkende Spannelemente (9) integriert sind, wobei jedes Spannelement (9) mit wenigstens einem in einer radialen Aufnahme (13) beweglich aufgenommenen und mit der Rückstellkraft beaufschlagten Druckstück (15) gekoppelt ist und wobei zur Erzeugung der Rückstellkraft eine an der jeweiligen Außenseite des jeweiligen Rings (2, 4) umlaufende Ringfeder (19) vorgesehen ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Wälzlager umfassend einen Außenring und einen Innenring mit jeweiligen Laufflächen für zwischen diesen angeordnete Wälzkörper.
Hintergrund der Erfindung
Mitunter kommt es beim Einsatz derartiger Wälzlager, beispielsweise in Form von Radialzylinderrollenlagern, zu einem Rollen- oder Käfigschlupf.
Beim Rollenschlupf trägt eine einzelne oder tragen mehrere Rollen die Last nicht, beim Käfigschlupf, der bei Doppellagern auftreten kann, trägt ein kompletter Rollenkranz die Last nicht. Ein solcher Schlupf ist jedoch zu vermeiden.
Bekannt sind ferner Wälzlager, die im Einsatz eine genaue Spieleinstellung benötigen, was herstellungstechnisch als auch einbautechnisch kompliziert ist. Erfährt ein solches Wälzlager zum Beispiel durch im Betrieb herrschende Temperaturen eine Temperaturdehnung, so resultiert hieraus eine Spielveränderung, bei zu großer Dehnung kann es zu hohen radialen Vorspannungen kommen, die zu einer hohen Schmierstoffbeanspruchung und damit zu einer Verkürzung der Gebrauchsdauer oder einem Spontanausfall durch Heißlauf führen können.
Daneben ist aus DE 19 55 238 U ein Anordnung zur Schlupfvermeindung bekannt. Diese Anordnung, welche den engsten Stand der Technik bildet, umfasst einen Innenring, einen koaxial zum Innenring anordneten und zusammen mit diesem einen Ringraum umschließenden Außenring und Wälzkörper auf, die im Ringraum zwischen Innen- und Außenring abrollen. Zur Schlupfvermeidung sind elastische Mittel vorgesehen. Diese elastischen Mittel, die in Ringnuten eingelegt sind, die in der inneren Mantelfläche des Außenrings, der äußeren Mantelfläche des Innenrings oder der Mantelfläche der Wälzkörper eingebacht sind, stützen sich am Boden der Ringnut ab und überragen im nur eingelegten, nicht komprimierten Zustand die jeweilige Fläche radial, in die die Ringnuten eingebracht sind. Ist dann das Wälzlager vollständig montiert und in Betrieb, sind dann die elastischen Mittel außerhalb der Lastzone des Wälzlagers radial nahezu vollständig expandiert, so dass dann dort mittels der elastischen Mittel die Wälzkörper mit den jeweiligen Laufbahnen des Innen- bzw. Außenrings in körperlichem Kontakt gehalten und durch diesen Kontakt auch angetrieben werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein Wälzlager anzugeben, bei dem ein Schlupf weitestgehend ausgeschlossen und die Spieleinstellung vereinfacht ist.
Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Wälzlager der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass in die Laufbahn des Außen- oder des Innenrings zwei oder mehr gegen eine Rückstellkraft radial bewegliche und mit den sie überrollenden Wälzkörpern zusammenwirkende Spannelemente integriert sind, wobei jedes Spannelement mit wenigstens in einer radialen Aufnahme beweglich aufgenommenen und mit der Rückstellkraft beaufschlagten Druckstück gekoppelt ist und wobei zur Erzeugung der Rückstellkraft eine an der jeweiligen Außenseite des jeweiligen Rings umlaufenden Ringfeder vorgesehen ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Wälzlager sind mit besonderem Vorteil zwei oder mehrere Spannelemente vorgesehen, die in die Lauffläche eines der Ringe integriert sind, letztlich also ein Teil der Lauffläche bilden. Diese Spannelemente sind gegen eine Rückstellkraft radial beweglich.
Bei einer Integration in die Lauffläche des Außenrings sind die Spannelemente über diese Rückstellkraft radial nach innen vorgespannt, bei einer Integration in die Lauffläche des Innenrings werden die Spannelemente über die Rückstellkraft radial nach außen gedrückt. In jedem Fall sind sie also zu den Wälzkörpern hin vorgespannt. Kommt es nun aus welchen Gründen auch immer im Prinzip dazu, dass eine oder mehrere Rollen nicht auf beiden, sondern nur auf einer Lauffläche laufen würden, so wird über diese Spannelemente dafür Sorge getragen, dass dieser oder diese Wälzkörper nach wie vor in Kontakt mit dieser Lauffläche stehen, da das oder die Spannelemente in diesem Fall heraus der Lauffläche raus in den Wälzkörperbereich federn und die Lauffläche für den oder die „schlupfenden” Wälzkörper bilden.
Über diese mit den Wälzkörpern zusammenwirkenden Spannelemente kann folglich ein Schlupf vermieden werden.
Darüber hinaus ist auch die Spieleinstellung vereinfacht. Denn in Folge des Federweges der Spannelemente in den Bereich der Wälzkörper kann folglich auch ein größeres Spiel überbrückt werden, das heißt, es ist über die aus der jeweiligen Lauffläche herausgestellten Spannelemente sicher gestellt, dass die Wälzkörper stets auf der gegenüberliegenden Lauffläche wie auch auf den Spannelementen laufen.
Ergibt sich nun beispielsweise im Betrieb eine Temperaturdifferenz, die zu einer Temperaturdehnung führt, so wird hierüber das Spiel dehnungsbedingt ausgeglichen, die Spannelemente werden gegen die Rückstellkraft über die Wälzkörper zurückgedrängt, die Wälzkörper laufen dann ordnungsgemäß auf beiden Laufflächen, ohne dass es zu übermäßigen radialen Spannungen kommt.
Die Spannelemente selbst sind bevorzugt als Bogensegmente ausgeführt und in einer in der Lauffläche ausgebildeten, Nut aufgenommen. Diese Nut kann radial begrenzt sein. Die als Bogensegmente ausgebildeten Spannelemente ergänzen sich bevorzugt in Umfangsrichtung zu einem Ring, so dass alle Wälzkörper über die Bogensegmente vorgespannt werden können.
Bevorzugt sind zwei Bogensegmente, die sich um jeweils rund 180° erstrecken, vorgesehen. Grundsätzlich ist aber auch der Einsatz von drei sich um ca. 120° oder von vier sich um ca. 90° erstreckenden Bogensegmenten denkbar.
Um jedes Spannelement mit der Rückstellkraft beaufschlagen zu können, ist jedes Spannelement mit wenigstens einem in einer radialen Aufnahme beweglich aufgenommenen und mit der Rückstellkraft beaufschlagten Druckstück gekoppelt. Ein solches Druckstück kann ein vorzugsweise zylindrischer Zapfen sein, der in entsprechender radialer Bohrung, die den Außen- oder Innenring durchsetzt und in der Nut, in der die Bogensegmente aufgenommen sind, mündet, ausgeführt sein. Bei Verwendung eines zylindrischen Zapfens ist die Bohrung ebenfalls zylindrisch. Denkbar ist aber auch die Verwendung einer bogenförmigen Druckplatte, die quasi als relativ breites Ringsegment ausgeführt ist und in einer entsprechenden Schlitzaufnahme eingesetzt ist, die wiederum in der die Bogensegmente aufnehmende Nut mündet.
Zur Erzeugung der Rückstellkraft ist eine an den jeweiligen Außenseiten des jeweiligen Rings umlaufende Ringfeder vorgesehen. Hierzu kann am Außenring oder am Innenring an der der jeweiligen Lauffläche gegenüberliegenden Seite eine entsprechende Aufnahmenut vorgesehen sein, in die die Ringfeder eingeschnappt wird. Diese Ringfeder belastet die Druckstücke, gleich wie diese ausgebildet sind, worüber die Mindestvorspannung eingestellt wird. Hierüber wird sicher gestellt, dass jeder Wälzkörper immer ausreichend belastet ist und kein Käfig- oder Rollenschlupf entsteht. Über die entsprechende Auslegung der Ringfeder kann die Vorspannung auch entsprechend eingestellt werden. Durch eine entsprechende Abstimmung der Feder und des Radialspiels kann auch eine zu starke Vorspannung vermieden werden, wobei das Lager stets spielfrei ist, so dass auch die notwendige spielfreie Führung beispielsweise bei einem Einsatz zur Lagerung einer Werkzeugmaschinenspindel gewährleistet ist.
Anstelle der Verwendung einer umlaufenden Ringfeder ist es grundsätzlich auch denkbar, hydraulische oder pneumatische Spannmittel vorzusehen, also entsprechende Elemente, die hydraulisch oder pneumatisch beaufschlagt werden und mit den Druckstücken zusammenwirken.
Zur Vermeidung einer etwaigen Kantenpressung ist es zweckmäßig, wenn die Spannelemente in der in die Lauffläche eingedrückten Stellung ebenflächig und kantenfrei in der Lauffläche liegen. Dies kann dadurch sicher gestellt werden, dass nach dem Einsetzen der Spannelemente in die Lauffläche diese nochmals überschliffen wird, dass also die Lauffläche einschließlich der Bogensegmente nochmals geschliffen wird, wodurch eine vollkommen bündige Integration der Bogensegmente in die Lauffläche ohne etwaige verbleibende Kanten und dergleichen erhalten wird.
Bevorzugt sind an beiden Enden der Lauffläche entsprechende Spannelemente bzw. Bogensegmente integriert. Handelt es sich bei den Wälzkörpern um Rollen, so werden diese also an beiden Enden abgestützt. Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, nur in der Mitte der Lauffläche, axial gesehen, die Spannelemente zu integrieren, mithin also nur eine mittige Abstützung vorzunehmen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
1 ein erfindungsgemäßes Wälzlager im Schnitt, und
2 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs II aus 1.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Wälzlager 1, bestehend aus einem Außenring 2 mit einer Lauffläche 3, einem Innenring 4 mit einer Lauffläche 5 sowie mehreren zwischen diesen Laufflächen angeordneten Wälzkörpern 6. Die Wälzkörper 6 sind wie bekannt in einem Käfig 7 geführt.
Gezeigt ist hier ein einreihiges Zylinderrollenlager, bei den Wälzkörpern 6 handelt es sich um Zylinderrollen. Denkbar ist grundsätzlich aber auch die Ausgestaltung eines zwei- oder mehrreihigen Lagers in der nachfolgend beschriebenen erfindungsgemäßen Weise.
In der Lauffläche 3 des Außenrings 2 sind hier an den beiden axialen Enden der Lauffläche 3 Spannelemente 9 integriert. Diese Spannelemente 9 sind hier als Bogensegmente 10 ausgeführt, also als metallische bogenförmige Ringabschnitte, wobei um den Umfang jeweils wenigstens zwei solcher Bogensegmente 10 vorgesehen sind, die sich zu einem kompletten Ring ergänzen. Denkbar wäre es grundsätzlich auch, drei solcher Bogensegmente 10 à 120° oder vier Bogensegmente à 90° vorzusehen.
Die Bogensegmente 10 sind in einer jeweiligen Nut 11, die in die Lauffläche eingearbeitet ist, aufgenommen. Die Nut ist radial begrenzt, so dass die Bogensegmente 10 nur soweit einfedern können, bis ihre Lauffläche 12 vollkommen bündig mit der Lauffläche 3 des Außenrings 2 ist, diese also ergänzt.
Von der umlaufenden Nut 11 gehen pro Bogensegment ein oder mehrere radiale, sich zur Außenseite des Außenrings 3 erstreckende Aufnahmen 13 in Form von Bohrungen 14 ab. In diesen Bohrungen 14 ist jeweils ein Druckstück 15, hier in Form eines zylindrischen Zapfens 16, vorgesehen, das direkt auf dem zugeordneten Bogensegment 10 aufliegt.
Die Bohrung 14 erweitert sich zu einer Nut 17, in der eine Spanneinrichtung 18, hier in Form einer Ringfeder 19, aufgenommen ist.
Diese Ringfeder 19 drückt auf die Zapfen 16, die wiederum auf die Bogensegmente 10 drücken. Hierüber werden also die Bogensegmente 10 gegen die Wälzkörper 6 gespannt, sie werden, radial gesehen, nach innen gedrückt und damit aus der Lauffläche 3 herausgedrückt. Die Wälzkörper 6 werden also über diese angefederten Spannelemente 9 steht gegen die Lauffläche 5 des Innenrings 4 vorgespannt.
Ersichtlich kann hierüber ein Rollen- oder Käfigschlupf vermieden werden, nachdem selbst dann, wenn ein oder mehrere Wälzkörper 6 nicht auf der Lauffläche 3 des Außenrings 2 laufen, die Wälzkörper 6 aber zumindest auf den Laufflächen 12 der Bogensegmente 10 laufen. Es ist also stets auch ein tragender Kontakt im Bereich der Lauffläche 3 gegeben.
Auch ist mit einem solchen Lager sicher gestellt, dass es stets spielfrei ist, da auch bei Ausbildung eines definierten Spiels, wenn also zwischen Wälzkörpern 6 und dem Außenring 3 ein definiertes Mindestspiel von Haus aus vorgesehen ist, dieses Spiel über die angefederten Spannelemente 9 überbrückt werden kann, so dass über solche Lager in jedem Fall eine spielfrei Führung erreicht wird, die gleichzeitig auch beachtliche Temperaturdehnungen aufnehmen bzw. kompensieren kann.
Wenngleich es grundsätzlich ausreicht, auch bei um ca. 180° umlaufenden Bogensegmenten nur ein Druckstück 15 vorzusehen, ist es zweckmäßig, über die Länge des Bogensegments 10 mehrere solcher Druckstücke, beispielsweise zwei oder drei, anzuordnen, so dass das Druckstück an mehreren Punkten, bevorzugt symmetrisch, über die Spanneinrichtung 18 belastet wird.
Die Druckstücke 15, wie beschrieben beispielsweise Metallzapfen, können jedoch auch eine längliche Form aufweisen, die Aufnahme 13 wäre dann als radialer Schlitz auszuführen, in den das Druckstück eingesetzt ist. Hierüber lässt sich eine größerflächigere Kontaktzone zwischen Druckstück 15 und Bogensegment 10 realisieren.
Anstelle der in den 1 und 2 gezeigten Integration der Spannelemente 9 in die Lauffläche 3 des Außenrings 2 ist es grundsätzlich auch denkbar, solche Spannelemente 9 in die Lauffläche 5 des Innenrings 4 zu integrieren. Der Aufbau wäre dann letztlich der gleiche, jedoch würde die jeweilige Spanneinrichtung 18, als welche ebenfalls eine Ringfeder 19 verwendet werden kann, die Druckstücke 15 radial nach außen belasten, so dass die Bogensegmente 10 radial nach außen gegen die angrenzenden Wälzkörper angefedert sind, und diese gegen die Lauffläche 3 des Außenrings 2 gespannt werden.
Weiterhin ist es grundsätzlich auch denkbar, anstelle der beidseitigen Integration der Spannelemente in die jeweilige Lauffläche auch nur in der Mitte der jeweiligen Lauffläche 3 oder 5 Spannelemente zu integrieren, das heißt, die Wälzkörper würden in diesem Fall nur mittig (axial gesehen) abgestützt werden.
Bezugszeichenliste

1: Wälzlager
2: Außenring
3: Lauffläche
4: Innenring
5: Lauffläche
6: Wälzkörper
7: Käfig
9: Spannelement
10: Bogensegmente
11: Nut
12: Lauffläche
13: Aufnahme
14: Bohrung
15: Druckstück
16: Zapfen
17: Nut
18: Spanneinrichtung
19: Ringfeder

Claims

Wälzlager umfassend einen Außenring und einen Innenring mit jeweiligen Laufflächen für zwischen diesen angeordnete Wälzkörper, bei dem in die Lauffläche (3, 5) des Außen- oder des Innenrings (2, 4) zwei oder mehr gegen eine Rückstellkraft radial bewegliche und mit den sie überrollenden Wälzkörpern (6) zusammenwirkende Spannelemente (9) integriert sind, wobei jedes Spannelement (9) mit wenigstens einem in einer radialen Aufnahme (13) beweglich aufgenommenen und mit der Rückstellkraft beaufschlagten Druckstück (15) gekoppelt ist und wobei zur Erzeugung der Rückstellkraft eine an der jeweiligen Außenseite des jeweiligen Rings (2, 4) umlaufende Ringfeder (19) vorgesehen ist.
Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die als Bogensegmente (10) ausgeführten Spannelemente (9) in einer in der Lauffläche (3, 5) ausgebildeten, Nut (11) aufgenommen sind.
Wälzlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Bogensegmente (10) in Umfangsrichtung zu einem Ring ergänzen.
Wälzlager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei um 180°, drei um 120° oder vier um 90° umlaufende Bogensegmente (10) vorgesehen sind.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckstück (15) als vorzugsweise zylindrischer Zapfen (16) oder als bogenförmige Druckplatte ausgeführt ist.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringfeder (19) in einer ringseitigen Nut (17) aufgenommen ist.
Wälzlager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannelemente (9) in der in die Lauffläche (3, 5) eingedrückten Stellung ebenflächig und kantenfrei in der Lauffläche (3, 5) liegen.
Wälzlager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an beiden Enden einer Lauffläche (3, 5) oder – axial gesehen – in der Mitte der Lauffläche (3, 5) die Spannelemente (9) integriert sind.