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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Kegelrollenlager sowie auf eine Wellenlagerung
für zumindest ein Kegelrollenlager.
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Hintergrund der Erfindung
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Ein
derartiges Kegelrollenlager ist beispielsweise aus der
US 4,065,191 A bekannt. Es
weist einen Lagerinnenring mit einer konischen Innenlaufbahn und
einen Lageraußenring mit einer konischen Außenlaufbahn
auf. Der Lagerinnenring und der Lageraußenring sind mittels
zwischengelagerter als Kegelrollen ausgebildeter Wälzkörper
um eine gemeinsame Achse drehbar gelagert. Die Wälzkörper
ihrerseits sind mittels eines separaten Bordkörpers axial abgestützt.
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Derartige
Kegelrollenlager werden paarweise in der sogenannten X-Anordnung
oder in der O-Anordnung für Wellenlagerungen eingesetzt.
Für Ritzellagerungen ist eine O-Anordnung der beiden Kegelrollenlager üblich.
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Die
beiden Kegelrollenlager sollen zueinander auf eine optimierte Lagervorspannung
bzw. auf ein optimiertes Lagerspiel eingestellt werden. In der Großserienfertigung
kann zwar über eine sehr präzise Fertigung aller
das Lagerspiel beeinflussenden Bauteile (Welle, Lager, Gehäuse)
und unter Berücksichtigung der Wahrscheinlichkeit bei der
Kombination dieser Bauteile auch ohne Einstellung eine akzeptable
Lagervorspannung bzw. ein akzeptables Lagerspiel erzielt werden.
Wird jedoch eine optimierte Lagervorspannung bzw. ein optimiertes
Lagerspiel angestrebt, muss dieses jedoch durch ein Ausmessen der
Bauteile und eine Anzahl von Passscheiben, die zwischen die beiden
Kegelrollenlager auf die Welle aufgeschoben werden, eingestellt
werden.
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Wird
nach der Montage bei der abschließende Kontrolle des Lagerspiels
bzw. der Lagervorspannung eine Abweichung von der Vorgabe festgestellt, muss
ein Kegelrollenlager von der Welle wieder demontiert, eine andere
Passscheibe oder eine andere Kombination von Passscheiben auf die
Welle aufgeschoben und im Anschluss das Kegelrollenlager wieder
montiert werden. Problematisch ist dabei der im Montageendzustand
erforderliche Festsitz der Lagerinnenringe auf der Welle bzw. der
Lageraußenringe mit dem Gehäuse, der eine Montage
bzw. Demontage nur mit einer Presse als Montagevorrichtung erlaubt.
Darüber hinaus werden bei der Demontage die Presskräfte
konstruktiv bedingt meist über die Wälzkörper
geleitet, woraus eine Beschädigung der Wälzkörper
resultieren kann.
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Aufgabe der Erfindung
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Die
bekannte Vorgehensweise zur Einstellung des Lagerspiels bzw. der
Lagerverspannung ist mit einem hohen Arbeitsaufwand verbunden und
bindet durch eine gegebenenfalls mehrmalige Montage bzw. Demontage
die dafür benötigte Presse. Der Erfindung liegt
daher die Aufgabe zugrunde, ein Wälz lager so zu gestalten,
dass die Einstellung des Lagerspiels bzw. der Lagervorspannung einer
Wellenlagerung mit geringem Aufwand und auch bei einem Festsitz
der Lageringe auf der Welle ohne eine Presse als Montageeinrichtung
möglich ist.
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Lösung der Aufgabe
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmalskombination
des Anspruchs 1 gelöst. Hierzu ist bei einem Kegelrollenlager
der eingangs genannten Art zwischen dem Bordkörper und
einem der beiden Lagerringe eine Passscheibe angeordnet. Derartige
Passscheiben werden im Maschinenbau eingesetzt, um den Abstand zwischen
einzelnen Komponenten einer Wellenlagerung, insbesondere von Wälzlagern,
zueinander festzulegen. In Deutschland sind Normmaße für
Passscheiben in der DIN 988 festgelegt. Durch das
Einsetzen einer Anzahl von Passscheiben mit einer geeigneten Dicke
zwischen den Bordkörper und einen der beiden Lagerringe
lässt sich die Bauhöhe des betreffenden Lagers und
damit das Lagerspiel bzw. die Lagervorspannung der Wellenlagerung
auch bei unverändert fest sitzenden Lagerringen verändern.
Hierzu wird einfach eine Anzahl Passscheiben mit einer geeigneten Gesamtdicke
ausgewählt. Im Anschluss wird das Lagerspiel bzw. die Lagervorspannung
der Wellenlagerung nachgemessen. Bei Bedarf wird der axiale Abstand
zwischen dem Bordkörper und dem Lagerring und damit die
Position der Wälzkörper durch Einsetzen einer
Anzahl von Passscheiben abweichender Dicke verändert.
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Wird
der Abstand zwischen dem Bordkörper und dem Lagerring vergrößert,
so vergrößert sich auch das Spiel der Wellenlagerung.
Die Bauhöhe des Kegelrollenlagers wird durch ein Verschieben
des jeweils anderen Lagerrings entlang der Kegelrollen kleiner.
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Wird
umgekehrt der Abstand zwischen dem Bordkörper und dem Lagerring
verringert, so verringert sich das Spiel der Wellenlagerung. Dadurch
wird die Bauhöhe des Kegelrollenlagers größer.
In Abhängigkeit vom Rollenwinkel liegt dabei eine Übersetzung
zwischen dem Abstand des Bordkörpers und der Veränderung
der Bauhöhe vor, die eine relativ grobe Stufung der Dicke
der Passscheiben erlaubt. (sogenannte „innere Übersetzung”).
Bei der üblichen Abstufung der Dicke der vorrätigen
Passscheiben gemäß DIN 988 lässt
sich das Axialspiel bereits sehr fein einstellen. Da die Passscheiben
mit einem Übermaß gegenüber der Welle
versehen sind, lassen sie sich ohne ein zusätzliches Werkzeug
einfach auf die Welle aufschieben.
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Die
Passscheiben sitzen nur lose gepasst auf der Welle. Weiterhin ist
auch der Bordkörper vorteilhaft mit einem Übermaß gegenüber
der Welle ausgeführt. So können die Passscheiben
und der Bordkörper ohne Kraftaufwand durch den Einsatz
einer mechanischen Presse manuell oder auch mit einem Handhabungsgerät
entnommen und die Gesamtdicke der Passscheiben entsprechend einfach angepasst
werden.
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In
einer zweckmäßigen Weiterbildung ist der Bordkörper
im Querschnitt L-förmig ausgebildet. Der Querschenkel des
L ist mit seiner Stirnseite als Bord wirksam, an den sich die Wälzkörper
anlegen. Der vertikale L-Schenkel nimmt die Anzahl Passscheiben zwischen
sich und dem jeweils zugeordneten Lagerring auf. Mit anderen Worten
steht der Querschenkel in axialer Richtung über den vertikalen
L-Schenkel über und greift dabei in den Zwischenraum zwischen dem
Lagerinnenring und dem Lageraußenring zur Vorgabe der axialen
Position der Wälzkörper ein. Wie weit der Querschenkel über
den vertikalen L-Schenkel in axialer Richtung übersteht,
ist über die Dicke der Passscheibe vorgegeben.
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Durch
den axialen Überstand bzw. durch das Übergreifen
des Querschenkels über den Lagerring kann die Laufbahn
des Lagerrings bis zum Ende der Kegelrollen geführt werden.
Somit wird die ganze Rollenbreite der Kegelrollen als tragende Fläche
ausgenutzt.
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Die
Passscheibe liegt flächig am vertikalen L-Schenkel und
am Lagerring an. Durch das flächige Anliegen der Passscheibe
ist zudem sichergestellt, dass im montierten Zustand des Lagers
das eingestellte Axialspiel erhalten bleibt.
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Der
Bordring kann eine beliebige Geometrie aufweisen und auch an einem
komplexeren Bauteil angeformt sein. Bevorzugt ist der Bordkörper
jedoch als Bordscheibe ausgebildet, die sich in einfacher Weise
in einem Umformverfahren herstellen lässt.
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Weiterführend
kann der separate Bordkörper zweckmäßig
hinsichtlich Material und Oberflächenbeschaffenheit unabhängig
von den Funktionsflächen des Wälzlagers auf seine
Funktion als Gleit-/Führungsbauteil für die Wälzkörper
angepasst werden. Dazu weist der Bordkörper beispielsweise eine
Beschichtung auf.
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Im
endmontierten Zustand des Wälzlagers wird der Bordkörper
gegen den Lagerring in axialer Richtung verspannt, so dass der Bordkörper
und der Lagerring durch Reibschluss und/oder Kraftschluss gegen
eine ungewollte Verdrehung gegeneinander abgesichert sind. Vorteilhaft
können ergänzend Einrichtungen zur Absicherung
des Bordkörpers gegen eine unkontrollierte Verdrehung im
Montageendzustand vorgesehen sein. Hierzu sind reibungsvergrößernde
und/oder formschlüssige Einrichtungen vorgesehen, die an
der der Passscheibe zugewandten Seite des Bordkörpers,
an der der Passscheibe zugewandten Seite des Lagerrings oder an
zumindest einer Seite der Passscheibe angeordnet sein können. Die
Einrichtung ist beispielsweise als Profilierung, als Verzahnung,
insbesondere als Hirth-Verzahnung, als Beschichtung oder als Klebefilm
ausgebildet. Sie wird am Bordkörper, am Lagerring oder
an der Passscheibe aufgebracht, eingebracht oder eingeformt.
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Alternativ
sind die Passscheiben und/oder der Bordkörper zweckmäßig
durch Formelemente, insbesondere durch Rillen, durch Zähne
oder durch Nuten oder auch durch ihr Material elastisch ausgebildet,
so dass für eine Anpassung der Lagervorspannung bzw. des
Lagerspiels kein Austausch der zumindest einen Passscheibe erfolgen
muss. Die Einstellung des Lagerspiel/-vorspannung kann dann durch
mehr oder weniger starkes Anziehen der Wellenverschraubung erfolgen.
Eine Abstandsänderung zwischen dem Bordkörper
und dem Lagerring ist so im Rahmen ihrer Elastizität möglich.
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Die
Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Wellenlagerung
mit einem Gehäuse, mit einer Welle und mit zumindest einem
Kegelrollenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 7. Dabei
ist die Welle über das Kegelrollenlager in dem Gehäuse
gelagert.
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Für
die Lagerung der Welle über das Wälzlager im Gehäuse
ist zweckmäßig der Lagerinnenring auf die Welle
aufgepresst, um einen festen Sitz des Lagerinnenrings auf der Welle
zu gewährleisten. Weiterhin ist zweckmäßig
der Lageraußenring im Gehäuse verpresst und somit
im Gehäuse verdrehsicher angeordnet. Das Aufpressen des
Lagerinnenrings auf die Welle bzw. das Verpressen des Lageraußenrings
im Gehäuse sind gängige Praxis beim Montieren
eines Wälzlagers.
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Vorteilhaft
ist der Bordkörper gegenüber der Welle mit einer Übergangspassung
versehen, die eine einfache Montage bzw. Demontage erlaubt. Mit anderen
Worten lassen sich die Anzahl Passscheiben und der Bordkörper
bei bereits montiertem, eingepresstem Wälzlager im Nachhinein
auf die Welle aufschieben und montieren. Ebenso kann der Abstand
zwischen Bordkörper und fest eingepresstem Lagerring durch
Austausch der Passscheiben jederzeit im Nachhinein verändert
werden, um das optimale Lagerspiel bzw. die optimale Lagervorspannung einzustellen.
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Zweckmäßig
wird das Wälzlager in axialer Richtung mittels einer Wellenmutter
mittels einer Verspannvorrichtung verspannt. Auf diese Weise wird der
Bordkörper mit der Passscheibe fest gegen den korrespondierenden
Lager ring gepresst, so dass das eingestellte Axialspiel auch im
Montageendzustand erhalten bleibt.
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In
einer zweckmäßigen Weiterbildung ist an der der
Passscheibe abgewandten Seite des Bordkörpers eine Aufnahme
zum Verspannen des Bordkörpers gegen einen der beiden Lagerringe
vorgesehen. Für den Eingriff in die Aufnahme können
an der Verspannvorrichtung angeordnete Zapfen oder dergleichen vorgesehen
sein, die einen Formschluss zwischen dem Bordkörper und
der Welle erzeugen und damit ein Verdrehen des Bordkörpers
relativ zur Welle verhindern. Auf diese Weise ist ein formschlüssiges
und kraftschlüssiges Fixieren des Bordkörpers in
seiner Position erreicht.
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer
Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen die einzelnen
Figuren:
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1 schematisch
eine Wellenlagerung mit zwei Wälzlagern in einer geschnittenen
Seitenansicht,
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2 ein
Detail eines der beiden Wälzlager aus 1,
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3 eine
Passscheibe in einer Draufsicht,
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4 die
Passscheibe aus 2 in einer geschnittenen Seitenansicht,
sowie
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5 eine
Ritzelwellenlagerung mit zwei Wälzlagern.
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1 zeigt
schematisch in einer geschnittenen Seitenansicht einen Ausschnitt
einer Wellenlagerung 1, bei der eine Welle 2 mittels
eines ersten Wälzlagers 3 und eines zweiten Wälzlagers 4 in
einem Gehäuse 5 drehbar gelagert ist. Die beiden
als Kegelrollenlager ausgebildeten Wälzlager 3, 4 sind
in der sogenannten O-Anordnung montiert.
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Das
erste, als Kegelrollenlager ausgebildete Wälzlager 3 weist
einen Lagerinnenring 6 mit einer konischen Innenlaufbahn 6` und
einen Lageraußenring 7 mit einer konischen Außenlaufbahn 7' auf.
Der Lagerinnenring 6 und der Lageraußenring 7 sind
mittels mehrerer zwischen ihnen angeordneter Wälzkörper 8 um
eine gemeinsame Achse gelagert, die in montiertem Zustand mit der
Mittellängsachse 9 der Welle 2 zusammen
fällt. Auch das zweite Wälzlager 4 ist
wiederum als Kegelrollenlager mit einem eine konische Innenlaufbahn 11' aufweisenden
Lagerinnenring 11 und einem eine konische Außenlaufbahn 12' aufweisenden
Lageraußenring 12 ausgebildet. Der Lagerinnenring 11 und
der Lageraußenring 12 des zweiten Wälzlagers 4 sind
ebenfalls mittels als Kegelrollen ausgebildeten Wälzkörpern 13 um
eine gemeinsame Achse gelagert, die im Montageendzustand mit der
Mittellängsachse 9 der Welle 2 zusammen
fällt. Die Führung der Wälzkörper 8, 13 erfolgt
jeweils mittels eines Lagerkäfigs 10. Die axiale
Position der Lagerringe 6, 7 ist durch entsprechende
Anlageschultern im Gehäuse und auf der Welle fixiert
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Für
die Endmontage der beiden Wälzlager 3, 4 werden
ihre Lagerinnenringe 6, 11 auf die Welle 2 aufgepresst.
Ihre Lageraußenringe 7, 12 werden im Gehäuse 5 verpresst.
Auf diese Weise ist die Welle 2 im Gehäuse 5 mittels
der beiden Kegelrollenlager 3, 4 um ihre Mittellängsachse 9 drehbar
gelagert.
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Bei
dem zweiten Wälzlager 4 handelt es sich um ein
Kegelrollenlager konventioneller Bauart.
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Das
erste Wälzlager 3 weist einen als Bordring ausgebildeten
Bordkörper 15 mit L-förmigem Querschnitt
auf. Dieser Bordkörper 15 ist in der 2 in
einer Ausschnittsvergrößerung dargestellt. Der
in axialer Richtung 14 weisende Querschenkel 16 des
L ist als mit seiner Stirnseite an den Wälzkörpern 8 anliegender
Bord wirksam und gibt das Axialspiel der Wälzlager 8 vor.
Der vertikale L-Schenkel 17 nimmt eine oder mehrere Passscheiben 18 zwischen
sich und dem Lagerinnenring 6 auf. In den Figuren ist der Einfachheit
halber immer nur eine einzige Passscheibe dargestellt. Der Lagerinnenring 6,
der Bordkörper 15 und die Passscheibe 18 stützen
und führen somit gemeinsam die Wälzkörper 8 und
erfüllen somit gemeinsam die gleiche Funktion wie der einteilige
Lagerinnenring 11 des zweiten Wälzlagers 4.
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3 zeigt
die Passscheibe 18 in einer Draufsicht. In 4 ist
die Passscheibe aus 3 in einer geschnittenen Seitenansicht
dargestellt. Die Passscheibe 18 ist durch ihren Außendurchmesser 19,
durch ihren Innendurchmesser 20 und durch ihre Dicke 21 eindeutig
charakterisiert.
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Der
Bordkörper 15 und die Passscheibe 18 gestatten
eine Einstellung der Position der Wälzkörper 8 innerhalb
des Wälzlagers 3 in axialer Richtung 14.
Dazu ist der Bordkörper 15 mit einer Übergangspassung
ausgestattet. Mit anderen Worten lässt er sich ohne nennenswerten
Widerstand auf die Welle 2 aufschieben. Auch die auf die
Welle 2 aufgeschobenen Passscheiben 18 sind gegenüber
der Welle 2 mit einem Übermaß versehen.
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Für
die Einstellung des Lagerspiels bzw. der Lagervorspannung der Wellenlagerung 1 aus
Wälzlager 3 und 4 werden die Wälzkörper 8 bei
montiertem Wälzlager 3 innerhalb des Lagers verschoben.
Die Passscheibe 18 wird aus der Richtung gemäß Pfeil 22 in 1 auf
die Welle 2 aufgeschoben, bis sie flächig am Lagerinnenring 6 anliegt.
Anschließend wird der Bordkörper 15 auf
die Welle 2 aufgeschoben, bis er mit seiner der Passscheibe 18 zugewandten
Seite ebenfalls flächig an dieser anliegt. Anschließend
wird der Bordkörper 15 gegen den Lagerinnenring 6 eine in
den 1 und 2 nicht dargestellten Verspannvorrichtung
verspannt. Der Querschenkel 16 des Bordkörpers 15 greift
in die Innenlaufbahn 6' des Wälzlagers 3 ein
und gibt somit die Position der Wälzkörper 8 in
axialer Richtung 14 vor. Damit ergibt sich für
das Wälzlager 3 eine Bauhöhe 23 und
für die Wellenlagerung 1 dementsprechend ein bestimmtes Lagerspiel
bzw. eine bestimmte Lagervorspannung. Weicht das Lagerspiel bzw.
die Lagervorspannung von der Vorgabe ab, so wird die Verspannvorrichtung entfernt
und der Bordkörper 15 und die Passscheibe 18 werden
demontiert, d. h. sie werden von der Welle 2 entgegen der
Richtung von Pfeil 22 in axialer Richtung 14 abgezogen.
An schließend wird die Gesamtdicke der Passscheiben 18 durch
einen Austausch der Passscheiben 18 durch andere Passscheiben abweichender
Gesamtdicke verändert. Nach Anbringen der Verspanneinrichtung
wird das Lagerspiel bzw. die Lagervorspannung der Wellenlagerung
erneut vermessen. Dabei erhöht eine Passscheibe mit größerer
Dicke das Lagerspiel der Wellenlagerung. Eine Passscheibe mit geringerer
Dicke verringert das Lagerspiel der Wellenlagerung 1. Dieser
Vorgang lässt sich mit Passscheiben unterschiedlicher Dicke beliebig
oft wiederholen, bis das gewünschte Lagerspiel bzw. die
gewünscht Lagervorspannung der Wellenlagerung erreicht
ist.
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5 zeigt
das Detail aus 2 ohne Passscheiben zwischen
dem Bordkörper 15 und dem Lagerinnenring 6.
Die als Kegelrollen ausgebildeten Wälzkörper 8 verlagern
sich in Richtung von Pfeil 22. Dadurch ist das Lagerspiel
gegenüber der 2 verringert. Da sich jedoch
der Lageraußenring 7 in mit den Kegelrollen 8 in
Richtung von Pfeil 22 verlagert, vergrößert
sich die Bauhöhe 23' des Wälzlagers 3.
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6 zeigt
eine als Ritzelwellenlagerung ausgebildete Wellenlagerung 1 in
einer geschnittenen Seitenansicht. Für die Lagerung einer
Welle 2 sind wiederum zwei Kegelrollenlager 3, 4 vorgesehen,
die in einer O-Anordnung angeordnet sind. Dabei entsprechen die
Verhältnisse denen der schematischen Ansicht in 1.
Mit anderen Worten ist das erste Wälzlager 3 mit
einem zusätzlichen Bordkörper 15 und
einer zwischen dem Bordkörper 15 und seinem Lagerinnenring 6 gehaltenen
Passscheibe 18 versehen. Das zweite Wälzlager 4 ist
als konventionelles Kegelrollenlager ausgebildet. Für das
Verspannen des ersten Kegelrollenlagers 3 in axialer Richtung 14 ist
eine Verspannvorrichtung 24 vorgesehen, die mit mehreren
Armen 25 in die Aufnahmen 26 an der der Passscheibe
abgewandten Seite des Bordkörpers 15 greift. Dabei
wird die Position der Verspannvorrichtung 24 in axialer
Richtung 14 mittels einer Wellenmutter 27 abgesichert.
Auf diese Weise ist das durch die Passscheibe 18 und den
Bordkörper 15 vorgegebene Axialspiel der Wälzkörper 8 auch
in endmontiertem Zustand gegeben.
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Die
der Passscheibe 18 zugewandte Seite des Bordkörpers 15,
die der Passscheibe 18 zugewandten Seite des Lagerinnenrings 6 und
die beiden Seiten der Passscheibe 18 sind mit einer Profilierung versehen,
um die Reibung zwischen den einzelnen Lagerkomponenten 6, 15, 18 zu
vergrößern. Auf diese Weise ist der Bordkörper 15 verdrehsicher
am Lagerinnenring 6 gehalten.
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- 1
- Wellenlagerung
- 2
- Welle
- 3
- erstes
Wälzlager
- 4
- zweites
Wälzlager
- 5
- Gehäuse
- 6
- Lagerinnenring
- 6'
- Innenlaufbahn
- 7
- Lageraußenring
- 7'
- Außenlaufbahn
- 8
- Wälzkörper
- 9
- Mittellängsachse
- 11
- Lagerinnenring
- 11'
- Innenlaufbahn
- 12
- Lageraußenring
- 12'
- Außenlaufbahn
- 13
- Wälzkörper
- 14
- axiale
Richtung
- 15
- Bordkörper
- 16
- Querschenkel
- 17
- vertikaler
L-Schenkel
- 18
- Passscheibe
- 19
- Außendurchmesser
- 20
- Innendurchmesser
- 21
- Dicke
- 22
- Pfeil
- 23
- Laufbahn
- 23'
- Bauhöhe
- 24
- Verspannvorrichtung
- 25
- Arm
- 26
- Aufnahme
- 27
- Wellenmutter
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - DIN 988 [0007]
- - DIN 988 [0009]