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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung liegt auf dem Gebiet der Wälzlager und ist insbesondere
gerichtet auf Zylinderrollenlager, die mit höherer Drehzahl
betrieben werden können.
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Die
Erfindung betrifft ein Rollenlager mit einem äußeren
und mit mindestens einem Lagerring und mit rollenförmigen
Wälzkörpern, die zueinander in Umfangsrichtung
beabstandet geführt sind.
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Ein
derartiges Rollenlager geht aus der
DE 10 2006 013 430 A1 im
Zusammenhang mit der Beschreibung eines zweiteiligen Lagerkäfigs
hervor. Bei dem bekannten Rollenlager sind die beiden komplementären
Käfigteile einfach und sicher dadurch miteinander verbunden,
dass erste und zweite Eingriffselemente durch Relativbewegung der
beiden Käfigteile zueinander in sicheren Eingriff gebracht
werden. Von dem Lagerkäfig sind in an sich be kannter Weise die
Zylinderrollen in Umfangsrichtung beabstandet geführt.
Dazu dienen sich zwischen den beiden so genannten Borden der Lagerkäfigteile
axial erstreckende Stege. Die Borde dienen dazu, die Zylinderrollen
axial zu führen.
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Eine
andere Möglichkeit, die Zylinderrollen axial zu führen
besteht darin, dass der innere und äußere Lagerring
mit einem sogenannten Bord, also mit einer sich radial erstreckenden
ringförmigen Stufe versehen sind. Diese Ausgestaltung der
Lagerringe ist jedoch fertigungstechnisch aufwendig.
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Ohne
Lagerkäfig besteht bei sogenannten vollrolligen Lagern – darunter
sind Lager mit einer über den Umfang maximalen Packungsdichte
von Wälzkörpern zu verstehen – die Gefahr,
dass sich die Wälzkörper im Betrieb mit ihren
Mantelflächen bzw. Laufflächen berühren.
Bei der dabei auftretenden gegensinnigen Drehrichtung der sich berührenden Mantelflächen
kommt es zu unerwünscht hoher Reibung und damit zu erhöhtem
Verschleiß. Derartige Rollenlager können deshalb
nur mit relativ niedriger Drehzahl betrieben werden.
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Vor
diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung in der Schaffung
eines Rollenlagers, das mit besonders einfach aufgebauten, insbesondere
bordlosen Lagerringen auskommt und dennoch bei vollrolliger Anordnung
der Wälzkörper für höhere Drehzahlen
geeignet ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
ein Rollenlager mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Dem
gemäß sind an den axialen Stirnseiten des Rollenlagers
seitliche Führungsscheiben (nachfolgend auch Seitenführungsscheiben
genannt) angeordnet, die die Wälzkörper mittels
Formschlusselementen in der Beabstandung halten. Damit geht die Erfindung
abweichend von den bisherigen Konstruktionskonzepten einen völlig
neuen Weg und sieht die Beabstandung und bedarfsweise axiale Führung
der Wälzkörper durch separate Seitenführungsscheiben vor.
Damit ist ein bordloses Rollenlager geschaffen, das sich durch eine
besonders einfache Herstellbarkeit der Lagerringe aus abgelängten
Abschnitten eines Rohrkörpers auszeichnet. Dennoch kann
das erfindungsgemäße Rollenlager mit sehr hohen
Drehzahlen betrieben werden, weil durch die Seitenführungsscheiben
eine zuverlässige Beabstandung der Mantelflächen
bzw. Laufflächen der Wälzkörper in jeder
Betriebssituation gewährleistet ist. Die Seitenführungsscheiben übernehmen
damit also die – bei herkömmlichen Rollenlagern
dem Lagerkäfig und/oder den Borden der Lagerringe obliegende – Aufgabe
der Führung und Beabstandung.
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Nach
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Führungsscheiben
ihrerseits über Rollkörper an einem der Lagerringe
drehbar gelagert. Besonders bevorzugt kann diese Lagerung über
Lagerkugeln erfolgen.
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Die
Lagerung der Führungsscheiben kann nach einer bevorzugten
Fortbildung der Erfindung über die entsprechenden Rollkörper
wie eine angestellte Lagerung wirken und damit zur axialen Führung
der Wälzkörper des Rollenlagers beitragen.
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Nach
einer montagetechnisch bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Rollenlagers ist vorgesehen, dass eine der Führungsscheiben eine
Füllöffnung zum Einbringen der Wälzkörper,
beispielsweise Lagerkugeln, zur Lagerung der Führungsscheibe
relativ zum inneren oder äußeren Lagerring aufweist.
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Vorzugsweise
können die beiden Seitenführungsscheiben über
Verbindungselemente miteinander verbunden sein. Dazu können
bevorzugt die beiden Führungsscheiben über Verbindungselemente miteinander
verbunden sein und einige der Wälzkörper jeweils
mit einer Durchgangsöffnung versehen sein, die von jeweils
einem Verbindungselement durchdrungen ist. Besonders bevorzugt sind
dabei drei symmetrisch über den Umfang verteilte Verbindungselemente
und entsprechend mit einer Durchgangsöffnung versehene
Wälzkörper vorgesehen.
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Fertigungstechnisch
bevorzugt sind die Formschlusselemente der Führungsscheiben
als kugelkalottenförmige Elemente ausgebildet, die in entsprechende
stirnseitige Vertiefungen der Wälzkörper eingreifen.
Bevorzugt können die kugelkalottenförmigen Elemente
jeweils Teil einer Keramikkugel sein, wobei weiter bevorzugt die
Keramikkugeln in das Material der jeweiligen Führungsscheibe
eingegossen oder eingebettet sind.
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Eine
bevorzugte alternative Ausgestaltung des Formschlusses zwischen
den Führungsscheiben einerseits und den Wälzkörpern
des Rollenlagers andererseits sieht vor, dass die Formschlusselemente der
Führungsscheiben konkav geformt sind und entsprechend konvex
geformte Stirnflächen der Wälzkörper
aufnehmen.
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Weitere
Aspekte und Vorteile der Erfindung ergeben sich ergänzend
oder zusätzlich aus der nachfolgenden Beschreibung der
Zeichnung, in der zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung
näher dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen:
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Rollenlagers in perspektivischer Ansicht,
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2 das
Rollenlager nach 1 im Längsschnitt,
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3 einen
Ausschnitt aus dem Rollenlager nach 1 in stark
vergrößerter Darstellung,
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4 in
perspektivischer Ansicht eine Seitenführungsscheibe,
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5 einen
Wälzkörper des Rollenlagers nach 1;
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6 ein
zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung in perspektivischer
Ansicht,
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7 das
Rollenlager nach 6 im Längsschnitt,
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8 einen
Lagerinnenring,
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9 eine
Seitenführungsscheibe,
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10 einen
Wälzkörper des Rollenlagers nach 6,
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11 eine
modifizierte Ausgestaltung und Verbindung von Seitenscheiben im
Längsschnitt und
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12 die
Ausgestaltung nach 11 in Seitenansicht.
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1 zeigt
ein Rollenlager 1, das im Ausführungsbeispiel
als Zylinderrollenlager ausgebildet ist. Grundsätzlich
können die nachfolgend erläuterten Prinzipien
aber auch bei anderen Rollenlagern Anwendung finden, so dass die
Erfindung keineswegs auf Zylinderrollenlager beschränkt
ist. Das Lager umfasst in an sich bekannter Weise einen Lageraußenring 2 und
einen Lagerinnenring 3. Die Lagerringe 2, 3 sind
im Wesentlichen hülsenförmig ausgestaltet und
weisen insbesondere keinen radial nach außen weisenden
(Innenring) bzw. nach innen weisenden (Außenring) Lagerbord
auf. Zwischen den Lagerringen 2, 3 sind in an
sich bekannter, und in 1 nur andeutungsweise erkennbarer
Art Wälzkörper 5 in Form von Zylinderrollen
angeordnet. Diese sind in dahingehend optimierter Packungsdichte
angeordnet, dass zwischen ihnen nur noch ein minimaler Abstand in
Umfangsrichtung verbleibt. Um diesen Abstand aber auch bei hohen
Drehzahlen und unter allen Betriebsumständen zuverlässig
zu gewährleisten, weist das Rollenlager 1 an beiden
Stirnseiten 8, 9 jeweils eine seitliche Führungsscheibe
auf. In der Darstellung nach 1 ist nur
die eine stirnseitige Führungsscheibe 10 erkennbar.
Diese besteht im Wesentlichen wie nachfolgend noch näher
erläutert aus einem Kreisring 11, an dem in einer
vorgegebenen Teilung jeweils schalenartige Halteelemente 12 vorgesehen
sind. Die Halteelemente 12 bilden dadurch Formschlusselemente 14,
dass ihre dem Lagerinneren zugewandten Oberflächen konkav
geformt sind.
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Die
Seitenführungsscheiben 10 sind ihrerseits gegenüber
dem Lagerinnenring 3 mittels eines Kugellagerringes 15 gelagert,
der als Rollkörper 16 eine entsprechende Anzahl
von Kugeln aufweist. Diese sind in einer Innennut 18 des
inneren Lagerringes 3 geführt. Damit ist die Führungsscheibe 10 um die
Lagerlängsachse A gegenüber dem inneren Lagerring 3 drehbar
gelagert.
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2 zeigt
in vergrößerter Darstellung im Längsschnitt
die schon zuvor beschriebene Anordnung mit dem äußeren
Lagerring 2 und dem inneren Lagerring 3, zwischen
denen die Wälzkörper 5 angeordnet sind.
Wie insbesondere im Bereich der Schnittebene gut zu erkennen ist,
weisen die Wälzkörper 5 jeweils Stirnflächen 20, 21 mit
konvexer Form auf. Die konvexen Stirnflächen sind in ihrer
Geometrie auf die entsprechend konkav ausgeformten Oberflächen 24, 25 der
Formschlusselemente 14 abgestimmt. Man erkennt weiterhin
die Lagerung der stirnseitigen Führungsscheiben 10, 26 an
den Stirnseiten 8, 9 des Rollenlagers, die über
die schon erwähnten Lagerkugeln 16 drehbar um
die Achse A gelagert sind. Dabei sind über die Lagerkugeln 16 die
Führungsscheiben 10, 26 in Form einer
angestellten Lagerung gelagert, so dass sich eine Axialkomponente
ergibt, die die Wälzkörper 5 axial führt.
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Der
in 3 gezeigte stark vergrößerte
Ausschnitt aus 1 verdeutlicht nochmals das
Zusammenwirken der Formschlusselemente 14 mit ihren Oberflächen 24 mit
den korrespondierenden Oberflächen 20 der Wälzkörper 5.
Zudem ist im unteren Bereich des Ringes 11 der Führungsscheibe 10 eine Ausnehmung
oder Füllöffnung 30 vorgesehen, die in ihren
Abmessungen so bemessen ist, dass zur einfacheren Montage eine Befüllung
des Wälzkontaktes zwischen der Führungsscheibe
und dem Wälzlagerring (innerer Lagerring) 3 mit
den Rollkörpern 16 im letzten Montageschritt möglich
ist.
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4 zeigt
schließlich zur weiteren Verdeutlichung isoliert eine Führungsscheibe
aus dem Lager nach den 1 bis 3, an der
nochmals die Anordnung der Formschlusselemente 14 entlang
des Ringes 11 und die konkave Oberflächengestaltung der
Formschlusselemente erkennbar ist.
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Diese
wirken in der zuvor bereits beschriebenen Weise mit den Wälzkörpern 5 zusammen,
von denen ein Wälzkörper in 5 isoliert
dargestellt ist. Man erkennt an seinen Stirnseiten 20, 21 die
korrespondierende konvexe Ausgestaltung.
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In 6 ist
ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt,
das sich von dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel
im Wesentlichen durch die Lagerung der beiden seitlichen Führungsscheiben
unterscheidet. Im Vergleich zum Ausführungsbeispiel nach
den 1 bis 5 funktionsgleiche Komponenten
des Rollenlagers 60 sind mit den entsprechenden Bezugszeichen
wie im vorhergehenden Ausführungsbeispiel bezeichnet und
zur Vermeidung von Wiederholungen im Einzelnen nicht erneut detailliert
beschrieben.
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Das
Rollenlager 60 weist einen äußeren Lagerring 2 und
einen inneren Lagerring 3 auf, zwischen denen in der zuvor
beschriebenen Weise Wälzkörper in Form von Zylinderrollen 5 angeordnet sind.
An der Stirnseite 8 bzw. 9 ist das Lager mit jeweils
einer (in 6 ist nur die Führungsscheibe 61 sichtbar)
Führungsscheibe versehen. Die Führungsscheibe 61 ist
wie zuvor bereits beschrieben über einen Kugellagerring 15 bzw.
Lagerkugeln 16 rotatorisch zur Lagerlängsachse
A gegenüber dem inneren Lagerring 3 gelagert.
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Die
Führungsscheibe 61 umfasst einen Scheibenring 63,
der eine in ihrer Anzahl der Anzahl der Wälzkörper 5 entsprechende
Anzahl von Formschlusselementen 64 trägt.
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Wie 7 hierzu
verdeutlicht, sind die Führungsscheiben 61 (auf
der Stirnseite 8) bzw. 65 (an der Stirnseite 9)
wie im Zusammenhang mit 6 beschrieben durch Lagerkugeln 16 gegenüber
dem Innenring 3 rotatorisch gelagert. Die Lagerkugeln sind
wie schon beschrieben in entsprechenden Führungsbahnen
oder Führungsnuten 66, 67 des inneren
Lagerringes 3 geführt und bewirken so eine symmetrische,
nach innen angestellte Lagerung der Führungsscheiben 61, 65.
Die Führungsscheiben enthalten als integrale Bestandteile
eingebettete Kugeln 70, die in entsprechenden Teilkreisen
angeordnet sind und, wie nachfolgend noch näher erläutert,
in geometrisch angepasste Ausnehmungen – beispielsweise
Durchgangsöffnungen oder kalottenförmige Materialaussparungen
an den Stirnseiten der Wälzkörper 75 – eingreifen.
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8 zeigt
zur Verdeutlichung den Lagerinnenring 3 mit den Führungsnuten 66, 67,
in denen die (in 8 nicht dargestellten) Lagerkugeln
geführt sind.
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In 9 ist
eine Führungsscheibe 61 isoliert und vergrößert
dargestellt. Die Führungsscheibe kann aus Kunststoffmaterial
bestehen, in das mit entsprechender Teilung auf den gewünschten
Teilkreis die Kugeln 70 eingegossen oder eingebettet sind.
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Die
Kugeln 70 greifen in entsprechende Ausnehmungen 76 ein,
wie sie besonders gut in 10 in
der separierten vergrößerten Darstellung eines Wälzkörpers 75 (vergleiche
auch 7) erkennbar sind.
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In
den 11 und 12 ist
eine insoweit modifizierte Ausführungsform der Erfindung
dargestellt, als hier eine vollrollige Wälzlagerung realisiert ist
mit mindestens drei Hohlrollen 80, die gleichmäßig,
also im Winkelabstand von 120°, über den Umfang
des Lagers verteilt angeordnet sind. Wie 11 im
Längsschnitt eines erfindungsgemäßen
Rollenlagers verdeutlicht, sind die beiden seitlichen Führungsscheiben 81, 82 über
insgesamt 3 Verbindungselemente 85 in Form von
beispielsweise Bolzen oder Nieten miteinander verbunden. Die Verbindungselemente 85 durchdringen
jeweils eine Durchgangsbohrung 86 (in der Schnittdarstellung
in 11 ist darstellungsbedingt nur ein entsprechender
Wälzkörper 86 mit einer entsprechenden
Durchgangsbohrung erkennbar) eines der drei als Hohlelemente ausgebildeten
Wälzkörper 87.
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Die übrigen
Wälzkörper sind bevorzugt als massive Wälzkörper
ausgestaltet und kompensieren damit den Tragzahlverlust, der durch
die hohlrollenförmigen Wälzkörper bedingt
sein könnte. Die Kompensation ist insbesondere deshalb
besonders hoch, weil nach der erfindungsgemäßen
Ausgestaltung eines Rollenlagers eine optimierte Packungsdichte
von Wälzkörpern vorgesehen sein kann.
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Mit
der Erfindung werden die Wälzkörper radial bzw.
in Umfangsrichtung zueinander präzise festgelegt, so dass
der Abstand der Wälzkörper in Umfangsrichtung
zuverlässig und auch bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen
gewährleistet ist. Der Abstand zwischen den Wälzkörpern
kann damit auf ein Minimum reduziert werden, was sich insgesamt
tragzahlerhöhend auswirkt. Da in jeder Betriebssituation
sichergestellt ist, dass sich die Wälzkörper nicht
mit ihren Mantelflächen berühren, kann das erfindungsgemäße
Lager auch mit sehr hohen Drehzahlen betrieben werden.
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Das
erfindungsgemäße Lager kann also vollrollig ausgebildet
werden und bedarf dennoch keines traditionellen, fertigungstechnisch
aufwändigen Lagerkäfigs.
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- 1
- Rollenlager
- 2
- Lageraußenring
- 3
- Lagerinnenring
- 5
- Wälzkörper
- 8,
9
- Stirnseite
- 10
- Führungsscheibe
- 11
- Kreisring
- 12
- Halteelemente
- 14
- Formschlusselemente
- 15
- Kugellagerring
- 16
- Wälzkörper
- 18
- Innennut
- 20,
21
- Stirnflächen
- 24,
25
- Oberflächen
- 26
- Führungsscheibe
- 30
- Füllöffnung
- 60
- Rollenlager
- 61
- Führungsscheibe
- 63
- Scheibenring
- 64
- Formschlußelement
- 65
- Führungsscheibe
- 66,
67
- Führungsbahn
- 70
- Keramikkugeln
- 75
- Wälzkörper
- 76
- Ausnehmungen
- 80
- Hohlrollen
- 81,
82
- Führungsscheiben
- 85
- Verbindungselemente
- 86
- Durchgangsbohrung
- 87
- Wälzkörper
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102006013430
A1 [0003]