DE102007034501A1

DE102007034501A1 - Wälzlager-Drehverbindung

Info

Publication number: DE102007034501A1
Application number: DE200710034501
Authority: DE
Inventors: Christian Nuissl; Jürgen Stölzle
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-07-25
Filing date: 2007-07-25
Publication date: 2009-01-29
Also published as: WO2009013048A3; WO2009013048A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wälzlager-Drehverbindung (1), bestehend aus zwei konzentrisch um eine Lagerachse (4) ineinander angeordneten Tragringen (2, 3), die zwischen sich ein Wälzlager aufnehmen, dessen Wälzkörper auf zugehörigen Laufbahnen spanlos geformter, von den Tragringen (2, 3) aufgenommener Lagerschalen abrollen, wobei ein Tragring (2, 3) zweiteilig ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist das Wälzlager als ein doppelreihiges Schrägkugellager (5) ausgebildet, dessen Lagerkugeln (6, 7) zueinander in O-Anordnung angestellt sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Wälzlager-Drehverbindung, bestehend aus zwei konzentrisch ineinander angeordneten Tragringen, die zwischen sich ein Wälzlager aufnehmen, dessen Wälzkörper auf zugehörigen Laufbahnen spanlos geformter, von den Tragringen aufgenommener Lagerschalen abrollen, wobei ein Tragring zweiteilig ausgebildet ist.
Hintergrund der Erfindung
Derartige Wälzlager-Drehverbindungen sind bereits vorbekannt. Nach dem Fachbuch „Die Wälzlagerpraxis", Vereinigte Fachverlage GmbH, Mainz 1995, werden solche Wälzlager-Drehverbindungen als Schwenklager für die Abstützung von Baggern, Kränen oder im Fahrzeugbau für Gelenkbusse und Straßenbahnen eingesetzt, d. h., in Einsatzgebieten, bei denen bei begrenztem Bauraum hohe Belastungen auftreten und die eine hohe Betriebssicherheit verlangen. Derartige Drehverbindungen können Axialkräfte, Radialkräfte und Kippmomente aufnehmen. Solche Drehverbindungen werden darüber hinaus in der Wehrtechnik, im Roboterbau und auch in der Medizintechnik eingesetzt.
Im letzten Fall werden vor allem im OP-Bereich und auf Intensivstationen Deckenversorgungseinheiten (Deckenstative) eingesetzt. Diese werden ausschließlich von der Decke her mit elektrischer Energie, verschiedenen Gasen und Datenleitungen versorgt. Die deckenhängenden Arbeitsplätze gestatten zum einen eine flexible Raumausgestaltung, zum anderen werden auch Hygiene und Arbeitssicherheit verbessert, da Kabel und Schläuche nicht am Boden liegen. Die Deckenstative bewegen Geräte aller Art wie Narkosegeräte, chirurgische Instrumente, Herz-Lungen-Maschine und Monitore schnell und problemlos. Um dem Trend zu zahlreicheren, größeren und schwereren Geräten gerecht zu werden, sind die zulässigen Tragkräfte sowie die inneren Querschnitte in den Armen und Gelenklagern der Deckenstative entsprechend angehoben worden. Einen wesentlichen technischen Beitrag haben hierzu paarweise vorgespannte Schrägnadellager erbracht.
So ist beispielsweise aus der DE 198 03 929 A1 eine Wälzlager-Drehverbindung bekannt geworden, die solch paarweise vorgespannte Schrägnadellager verwendet. Die in 3 dieser Vorveröffentlichung gezeigte Wälzlager-Drehverbindung besteht aus einem inneren Tragring und einem äußeren Tragring und dazwischen angeordneten Axialschrägnadellagern. Der innere Tragring ist mit einem radial nach außen zeigenden Vorsprung versehen, der Anlageflächen für die beiden Axialschrägnadellager bildet. Der äußere Tragring ist an seiner Innenseite mit einer nicht bezeichneten Ausnehmung ausgestattet, die an ihrem oberen Ende schräg zur Drehachse der Drehverbindung verläuft und die die andere Anlagefläche für eins der beiden Axialschrägnadellager bildet. Die beiden Axialschrägnadellager weisen entsprechende Laufscheiben auf, die von den Tragringen aufgenommen sind. Die Vorspannung wird derart eingestellt, dass in einem der Tragringe ein eingeschraubter Stellring die Nadellager aufeinander zubewegt und so die Vorspannung einstellbar macht.
Nachteilig dabei ist, dass aufgrund des Linienkontaktes der Schrägnadellagereinheiten bei dynamischen Anwendungen Nachteile auftreten. So ist es bekannt, dass aufgrund des ungleichmäßigen Abrollverhaltens der Lagernadeln unerwünschte Schlupfzustände eintreten, die im Extremfall bei hohen Drehzahlen bis zu einem Einbohren der Lagernadeln in die Laufbahn führen können.
Zusammenfassung der Erfindung
Ausgehend von den Nachteilen des bekannten Standes der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine Wälzlager-Drehverbindung bereitzustellen, die sich insbesondere bei dynamischen Einsatzfällen vorteilhaft verwenden lässt und die eine höhere Stützbreite aufweist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen Oberbegriff dadurch gelöst, dass das Wälzlager als ein doppelreihiges Schrägkugellager ausgebildet ist, dessen Lagerkugeln zueinander in O-Anordnung gestellt sind.
Durch die Lagerkugeln wird eine punktförmige Berührung zwischen diesen und den Laufbahnen realisiert, sodass sich dieses Lager insbesondere für dynamische Anwendungen vorzüglich eignet. Durch den Punktkontakt ist auch die Reibung im Vergleich zu einer Lagernadel, d. h., zu einem linienförmigen Kontakt, wesentlich verringert. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass durch die O-Anordnung Axialkräfte in beiden Richtungen, jeweils von einem Lager, aufgenommen sind. Wegen der großen Stützbreite ist diese Lagerungsart sehr starr und nimmt daher große Kippmomente auf. Ein weiterer Vorteil dieser Lagerart liegt darin, dass durch Änderung des Druckwinkels auch in einfacher Weise auf die vorherrschenden Hauptkräfte reagiert werden kann, d. h., je nach Einstellung des Druckwinkels werden bevorzugt axiale oder radiale Hauptkräfte aufgenommen.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass die Lagerschale eines jeden Tragringes zweiteilig ausgebildet ist und im Wesentlichen eine S-förmige Gestalt aufweist. Durch die zweiteilige Ausbildung wird die geometrische Form vereinfacht, sodass demzufolge auch die Fertigung wesentlich einfacher ist. In diesem Zusammenhang hat es sich nach einem weiteren Merkmal der Erfindung als vorteilhaft erwiesen, dass sowohl die Lagerschalen des inneren als auch des äußeren Tragringes eine gleiche geometrische Form aufweisen. Dies hat zur Folge, dass jede einzelne der vier Lagerschalen an beliebiger Stelle sowohl im inneren als auch im äußeren Tragring eingesetzt werden kann, sodass nur ein Werkzeug zur Herstellung der Lagerschale benötigt wird und somit die Kosten wesentlich niedriger gehalten werden können.
Auch hat es sich nach einem weiteren Merkmal der Erfindung als vorteilhaft erwiesen, dass der äußere Tragring ein radial nach innen gerichteten Vorsprung aufweist, der als Anlagefläche für die Lagerschalen dient. Diese sichere Anlagefläche ist insbesondere für die Einstellung der Lagervorspannung von Bedeutung.
Nach einem weiteren zusätzlichen Merkmal sind Lagerkugeln je nach vorherrschenden Lastverhältnissen entweder vollrollig oder in einem Käfig angeordnet.
Zur Einstellung der Vorspannung der Wälzlager-Drehverbindung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass nach einem weiteren Merkmal der Erfindung der innere Tragring zweiteilig ausgebildet ist, wobei im Bereich eines der Schrägkugellager ein Stellring auf dem inneren Tragring angeordnet ist, der als Anlagefläche für diesen Teil des Schrägkugellagers dient und in axialer Richtung verschiebbar ist. Durch eine unterschiedliche axiale Stellung dieses Ringes kann demnach in einfacher Weise auf die Vorspannung eingewirkt werden, indem die beiden Kugellagerreihen aufeinander zu- bzw. voneinander wegbewegt werden. In diesem Zusammenhang ist von Vorteil, dass der innere Tragring und der Stellring über zugehörige Gewinde miteinander verbunden sind, weil auf diese Art und Weise ein besonderes einfaches Einstellen der Lagerverspannung möglich ist.
Nach weiteren Merkmalen der Erfindung ist es von Vorteil, wenn die Lagerschalen einem Härtevorgang unterworfen sind und Tragringe und Lagerschalen aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Durch die Härtung der Lagerschalen wird die Lebensdauer der Wälzlager-Drehverbindung bei einer gleichzeitig vergrößerten Lastaufnahme erhöht. Die Fertigung aus unterschiedlichen Materialien sorgt dafür, dass eine solche Wälzlager-Drehverbindung bei hoher Stabilität ein geringes Eigengewicht aufweist. In diesem Zusammenhang hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Tragringe aus einem Nichteisenmetall, beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung, oder aus einem Kunststoff bestehen.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung in vereinfachter Form dargestellt sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch eine erste erfindungsgemäße Lageranordnung,
2 einen Längsschnitt durch die erste erfindungsgemäße Lageranordnung in perspektivischer Darstellung,
3 einen Längsschnitt durch eine zweite erfindungsgemäße Lageranordnung,
4 zwei Lagerschalen einschließlich zugehöriger Lagerkugeln im Längsschnitt und
5 eine vergrößerte Darstellung der Lagerschalen.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Die in den 1 bis 5 gezeigte und mit 1 bezeichnete Wälzlager-Drehverbindung besteht aus den beiden konzentrisch um die Lagerachse 4 ineinander angeordneten Tragringen, wobei der äußere Tragring mit 2 und der innere Tragring mit 3 bezeichnet ist. Zwischen beiden Tragringen 2, 3 ist ein doppelreihiges Schrägkugellager 5 angeordnet, dessen Lagerkugeln 6, 7 entweder vollrollig oder in den Käfigen 8, 9 untergebracht sind. Die Kugelreihen 6, 7 sind zueinander in O-Anordnung angestellt, d. h., die Kugeldrucklinien 20, 21 verlaufen schräg radial von außen nach innen und schneiden die Lagerachse 4 in den Punkten 22, 23 unter dem Winkel α. Je nach vorherrschenden Lastverhältnissen ist der Druckwinkel α variabel, wobei er mit größer werdenden Radialkräften zunehmen wird.
Wie weiter erkennbar, gehören zu den Kugelreihen 6, 7 die Lagerschalen 11, 12, 13, 14, die die Laufbahnen für die Lagerkugeln 6, 7 bilden und vom äußeren Tragring 2 und vom inneren Tragring 3 aufgenommen sind. Die Anlage der Lagerschalen 11, 12 ist durch den radial nach innen gerichteten Vorsprung 10 realisiert, während die Lagerschalen 13, 14 rechtsseitig am Stellring 15 und linksseitig an der Schulter 24 des inneren Tragringes 3 anliegen. Der Stellring 15 ist über sein Innengewinde 16 auf das Außengewinde 17 des inneren Tragringes 3 aufgeschraubt und so in axialer Richtung verschiebbar. Auf diese Weise kann die Lagervorspannung in einfacher Weise eingestellt werden. Schließlich weisen beide Tragringe 2, 3 noch axial ausgerichtete, gleichmäßig in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Befestigungsbohrungen 18, 19 auf, die zur Verbindung mit nicht dargestellten Anschlusskonstruktionen dienen.
Wie insbesondere aus 4 und der vergrößerten Darstellung in 5 erkennbar, sind die Lagerschalen 11, 12, 13, 14 S-förmig ausgestaltet und weisen die gleiche geometrische Form auf. Dies bedeutet, die schräg verlaufenden Abschnitte 25, 26 gemäß 5, die am radial unteren und am radial obe ren Ende in die axial ausgerichteten Abschnitte 27, 28, 29, 30 übergehen, weisen einerseits die gleiche Neigung zur Lagerachse 4 auf. Andererseits weisen die axial verlaufenden Abschnitte 27, 29, 28, 30 den gleichen radialen Abstand von der Lagerachse 4 auf. Auf diese Weise ist es möglich, dass jede einzelne Lagerschale 11, 12, 13, 14 an beliebiger Stelle im doppelreihigen Schrägkugellager 5 einsetzbar ist. Demnach wird zur dessen Herstellung nur ein Werkzeug benötigt, was die Kosten zur Fertigung des Schrägkugellagers 5 und damit letztendlich die Kosten zur Fertigung der gesamten Wälzlager-Drehverbindung 1 wesentlich verringert.
Die Lagerschalen 11, 12, 13, 14 des doppelreihigen Schrägkugellagers 5 sind aus einem unlegierten Einsatzstahl hergestellt. Sie werden nach ihrer Fertigstellung zur Steigerung der Härte, und damit zur Steigerung der Lebensdauer, einer Wärmebehandlung unterzogen. Die Lagerkäfige 8, 9 bestehen aus einem Polyamid, das eine große Härte aufweist und auch in der Wärme besonders steif, abriebsfest und formbeständig ist. Eine zusätzliche Steigerung der Festigkeit wird durch den Zusatz von Glasfasern erreicht. Zur Verwirklichung eines konsequenten Leichtbaus hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Lagerschalen 11, 12, 13, 14 und die Tragringe 2, 3 aus unterschiedlichen Materialien bestehen. So hat es sich als vorteilhaft erwiesen, letztgenannte aus einem Kunststoff oder aus einem Nichteisenmetall zu fertigen. Besonders vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Aluminiumlegierungen, insbesondere Aluminiumknetlegierungen, da sich diese durch Umformen in einfacher Weise bearbeiten lassen. Bereits geringe Zusätze der Legierungselemente wie Magnesium, Silizium, Kupfer, Zink, Nickel und Mangan ändern sehr stark die Eigenschaften des reinen Aluminiums. Insbesondere werden Härte und Festigkeit gesteigert, während die Umformbarkeit nur sehr gering nachlässt. Derartige Knetlegierungen zeigen eine hohe Duktilität und eignen sich ganz besonders wegen ihrer hohen Festigkeit und geringen Dichte als Leichtbauwerkstoff.

1: Wälzlager-Drehverbindung
2: äußerer Tragring
3: innerer Tragring
4: Lagerachse
5: doppelreihiges Schrägkugellager
6: Lagerkugel
7: Lagekugel
8: Käfig
9: Käfig
10: Vorsprung
11: Lagerschale
12: Lagerschale
13: Lagerschale
14: Lagerschale
15: Stellring
16: Innengewinde
17: Außengewinde
18: Befestigungsbohrung
19: Befestigungsbohrung
20: Kugeldrucklinie
21: Kugeldrucklinie
22: Punkt
23: Punkt
24: Schulter
25: schräg verlaufender Abschnitt
26: schräg verlaufender Abschnitt
27: axial verlaufender Abschnitt
28: axial verlaufender Abschnitt
29: axial verlaufender Abschnitt
30: axial verlaufender Abschnitt
α: Druckwinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19803929 A1 [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- „Die Wälzlagerpraxis", Vereinigte Fachverlage GmbH, Mainz 1995 [0002]

Claims

Wälzlager-Drehverbindung (1), bestehend aus zwei konzentrisch um eine Lagerachse (4) ineinander angeordneten Tragringen (2, 3), die zwischen sich ein Wälzlager aufnehmen, dessen Wälzkörper auf zugehörigen Laufbahnen spanlos geformter, von den Tragringen (2, 3) aufgenommener Lagerschalen abrollen, wobei ein Tragring (2, 3) zweiteilig ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager als ein doppelreihiges Schrägkugellager (5) ausgebildet ist, dessen Lagerkugeln (6, 7) zueinander in O-Anordnung angestellt sind.
Wälzlager-Drehverbindung (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerschale (11, 12, 13, 14) eines jeden Tragringes (2, 3) zweiteilig ausgebildet ist und im Wesentlichen eine S-förmige Gestalt aufweist.
Wälzlager-Drehverbindung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Lagerschalen (11, 12, 13, 14) des äußeren als auch des inneren Tragringes (2, 3) eine gleiche geometrische Abmessung aufweisen.
Wälzlager-Drehverbindung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Tragring (2) einen radial nach innen gerichteten Vorsprung (10) aufweist, der als Anlagefläche für die Lagerschalen (11, 12) dient.
Wälzlager-Drehverbindung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerkugeln (6, 7) vollrollig oder in einem Käfig (8, 9) angeordnet sind.
Wälzlager-Drehverbindung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Tragring (3) zweiteilig ausgebildet ist, wobei im Bereich eines Teils des Schrägkugellagers (5) ein Stellring (15) auf dem inneren Tragring (3) angeordnet ist, der als Anlagefläche für diesen Teil des Schrägkugellagers (5) dient und in axialer Richtung verschiebbar ist.
Wälzlager-Drehverbindung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Tragring (3) und der Stellring (15) über zugehörige Gewinde (17, 16) miteinander verbunden sind.
Wälzlager-Drehverbindung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerschalen (11, 12, 13, 14) einem Härtevorgang unterworfen sind.
Wälzlager-Drehverbindung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das Tragringe (2, 3) und Lagerschalen (11, 12, 13, 14) aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
Wälzlager-Drehverbindung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragringe (2, 3) aus einem Nichteisenmetall oder aus einem Kunststoff bestehen.
Wälzlager-Drehverbindung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragringe (2, 3) aus einer Aluminiumlegierung, beispielsweise aus einer Aluminium-Knetlegierung, bestehen.