DE102008047269A1

DE102008047269A1 - Wälzlageranordnung

Info

Publication number: DE102008047269A1
Application number: DE102008047269A
Authority: DE
Inventors: Jörg-Oliver Hestermann
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-09-16
Filing date: 2008-09-16
Publication date: 2010-04-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wälzlageranordnung zum Bilden einer Loslagerung einer Welle in einer Gehäusebohrung, mit mindestens einem Kugellager (1), welches aus einem fest mit der Welle verbundenen Innenring (3) und einem relativ zur Gehäusebohrung beweglichen Außenring (2) sowie jeweils auf deren einander zugewandten Seiten abrollenden Kugeln (4) besteht, und einer Vorspanneinheit (5, 5'), welche über Federn (7) auf den Außenring (2) einwirkt, um bei einer axialen Bewegung der Welle und damit des Innenrings (3) einen Kontakt des Außenrings (2) mit den Kugeln (4) und folglich einen Zusammenhalt, insbesondere eine Vorspannkraft des mindestens einen Kugellagers (1), zu garantieren. Erfindungsgemäß ist die Vorspanneinheit (5, 5') über eine Membran (8, 8') und einen daran anschließenden Flansch (9, 9') mit dem Außenring (2) verbunden, welche den Außenring (2) bei axialen Bewegungen führen und radial stützen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Wälzlageranordnung zum Bilden einer Loslagerung einer Welle in einer Gehäusebohrung, mit mindestens einem Kugellager, welches aus einem fest mit der Welle verbundenen Innenring und einem relativ zur Gehäusebohrung beweglichen Außenring sowie jeweils auf deren einander zugewandten Seiten abrollenden Kugel besteht, und einer Vorspanneinheit, welche über Federn auf den Außenring einwirkt, um bei einer axialen Bewegung der Welle und damit des Innenrings einen Kontakt des Außenrings mit den Kugeln und folglich einen Zusammenhalt, insbesondere eine Vorspannkraft des mindestens einen Kugellagers zu garantieren.
Hintergrund der Erfindung
Bei Anordnungen von umlaufenden Wellen in Gehäusen werden üblicherweise zum Abstützen und Führen dieser Wellen mindestens zwei zueinander beabstandete Lagerungen vorgesehen. Dabei tritt bei einer Gestaltung dieser Lagerungen mittels Schrägkugellagern das Problem auf, dass die Positionen der Lagerungen im Gehäuse nur im Bereich der vorherrschenden Fertigungstoleranzen übereinstimmen. Des Weiteren erwärmt sich die Welle während des Betriebes stärker als das umliegende Gehäuse, was zu Längenänderungen der Welle führt, die ebenfalls von den Lagerungen ausgeglichen werden müssen. Aufgrund dieser Tatsache ist eine bei der Verwendung von Schrägkugellagern übliche Maßnahme, eine der beiden Lagerungen als ein so genanntes Festlager auszubilden, welches am Innenring fest mit der Welle und am Außenring fest mit dem Gehäuse verbunden ist und somit sowohl axiale als auch radiale Kräfte überträgt, während die andere Lagerung als so genannte Loslagerung gestaltet wird und nur radiale Kräfte abstützt. Gängige Möglichkeiten zur Gestaltung von Loslagerungen sind dabei Relativbewegungen zwischen Innenring und Welle oder zwischen Außenring und Gehäuse zuzulassen oder Verschiebungen zwischen Innenring und Außenring zu ermöglichen. Um bei diesen Relativbewegungen möglichst eine Spielfreiheit des Lagers und damit dessen geforderte Funktion zu garantieren, wird üblicherweise im Bereich des Loslagers ein abgestimmtes Zylinderrollenlager oder eine Vorspanneinheit mit Schrägkugellager vorgesehen, welche bei Verschiebung mittels Federn für die erforderliche Vorspannung des Wälzkontaktes sorgt.
Aus der DE 10 2004 048 720 A1 ist eine Wälzlageranordnung bekannt, welche ein Kugellager mit einem auf einer Welle platzierten Innenring und zwei in einer Gehäusebohrung angeordneten Außenringen aufweist. Dabei ist der eine Außenring axial verschiebbar in dem anderen Außenring geführt und mittels einer Vorspanneinheit und einer Feder gegen die Kugeln des Kugellagers vorgespannt, während der andere Außenring in der Gehäusebohrung verschiebbar und der Innenring fest auf der Welle platziert sind. Bei temperaturbedingten Längenänderungen der Welle und somit einer axialen Bewegung des Innenrings bewegt sich der äußere Außenring kraftfrei. Bei radialen Ausdehnungen der Welle wird der innere Außenring gegen die Feder verschoben und gewährleistet so die erforderliche Vorspannung.
Nachteilhaft an einer derartigen Ausführung ist, dass zwischen den verschiebbaren Bauteilen ein Mindestradialspiel notwendig ist, was die Laufeigenschaften der Welle verschlechtert. Des Weiteren zeichnet sich das dargestellte System durch einen komplizierten Aufbau aus.
Aufgabe der Erfindung
Ausgehend von den dargelegten Nachteilen des bekannten Standes der Technik liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe zu Grunde, eine Wälzlageranordnung zum Bilden einer Loslagerung einer Welle zu schaffen, welche durch radiale Spielfreiheit für eine Verbesserung der Laufeigenschaften der Welle sorgt und gleichzeitig einen einfachen Aufbau aufweist.
Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die darauf folgenden abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
Die Erfindung umfasst die technische Lehre, dass die Vorspanneinheit der Wälzlageranordnung über eine Membran und einen daran anschließenden Flansch mit einem Außenring des Kugellagers verbunden ist, wobei Membran und Flansch den Außenring bei axialen Bewegungen führen und radial stützen. Die Verwendung einer Membran hat den Vorteil, dass sich der Außenring beim Ausführen der axialen Bewegung ohne radiales Spiel bewegt. Durch die Anbindung der Membran an den Außenring über einen Flansch ist zudem der Aufbau der Wälzlageranordnung einfach gehalten, was den Herstellungsaufwand verringert.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Vorspanneinheit und Membran sowie Flansch einerseits und das Kugellager andererseits als einzelne Baugruppen ausgeführt. Dies hat den Vorteil, dass im Falle des nötigen Austauschs des Kugellagers der übrige Teil der Wälzlageranordnung weiter verwendet werden kann und nicht komplett gewechselt werden muss.
In Weiterbildung der Erfindung ist der Flansch in einen Zwischenraum zwischen Innenring und Außenring des Kugellagers eingeclippt. Dadurch kann bei Montage der Wälzlageranordnung auf eine einfache Art und Weise eine Verbindung des Kugellagers mit dem Flansch und damit der Membran und der Vorspanneinheit hergestellt und folglich der Montageaufwand reduziert werden. Dieser Zwischenraum kann hierbei beispielsweise die Nut einer Lagerdichtung sein.
Entsprechend einer weiteren Ausführung der Erfindung weisen die Vorspanneinheit sowie Membran und Flansch einen größeren Außendurchmesser als der Außenring des Kugellagers auf. Mittels einer derartigen Ausgestaltung kann das erfindungsgemäße System auch bei Verwendung eines Kugellagers mit kleinem Außendurchmesser in einer Standardbohrung Anwendung finden.
In Weiterbildung der Erfindung übergreift der Flansch den Außenring des Kugellagers ganz oder teilweise. Durch diese Maßnahme wird eine axiale Führung sowie die radiale Stützung bei der Verwendung eines Kugellagers mit einem verminderten Außendurchmesser sichergestellt.
Vorteilhafterweise übergreift der Flansch Außenringe von mehreren hintereinander angeordneten Kugellagern. Dadurch ist es möglich, die Außenringe mehrerer hintereinander angeordneter Loslager zuverlässig zu stützen.
In Weiterbildung der Erfindung sind im Bereich des Übergangs der Vorspanneinheit in die Membran, sowie der Membran in den Flansch Sollbiegestellen vorgesehen. Durch die Anordnung von Gelenkstellen tritt eine Biegung der Membran vorteilhafterweise nur an gewünschten Stellen auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung setzt sich die Membran aus mehreren in Reihe geschalteten Einzelmembranen zusammen. Dies hat den Vorteil, dass eine axiale Führung des Kugellagers über eine größere Länge ausgeführt werden kann.
In Weiterbildung der Erfindung setzt sich die Membran aus Kreissegmenten zusammen. Entsprechend der Belastung der Membran beim Führen und Stüt zen des Kugellagers kann diese somit auch partiell über den Umfang unterbrochen ausgebildet sein, was in Einsparung von Material und folglich einer Reduzierung des Herstellungsaufwandes resultiert.
Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind Vorspanneinheit mit Membran und Flansch als einteiliges Bauteil ausgeführt. Vorteilhaft ist hierbei, dass somit die Verbindung zwischen den einzelnen Bereichen stärker ausgeprägt ist.
In Weiterbildung der Erfindung besteht die Membran aus einem metallischen Werkstoff. Dadurch weist die Membran eine ausreichend hohe Festigkeit auf, um das Kugellager zuverlässig zu führen und zu stützen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher dargestellt. Dabei zeigen:
1a eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung gemäß einer ersten Ausführungsform im Normalzustand einer Welle;
1b eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung gemäß der ersten Ausführungsform im Zustand einer Längenänderung der Welle;
2 eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform im Normalzustand einer Welle.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In den 1a und 1b sind jeweils Schnittansichten der erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung gemäß einer ersten Ausführungsform zu sehen, wobei 1a diese im Normalzustand und 1b diese im ausgelenkten Zustand zur Kompensation einer Wärmelängenänderung der Welle darstellt. Die erfindungsgemäße Wälzlageranordnung weist ein Kugellager 1 auf, welches aus einem Außenring 2 und einem Innenring 3 besteht, auf deren einander zugewandten Seiten Kugeln 4 zum ermöglichen eines Drehzahlunterschiedes zwischen Außenring 2 und Innenring 3 abrollen. Der Innenring 3 ist fest auf einer hier nicht dargestellten Welle angeordnet, während der Außenring 2 gegenüber einer hier ebenfalls nicht zu sehenden Gehäusebohrung, in welcher die Welle platziert ist, axial beweglich angeordnet ist. Um bei einer Längenänderung der Welle, was eine entsprechende axiale Verschiebung des Innenringes 3 mit sich bringt, für einen Zusammenhalt des Kugellagers 1 zu sorgen, ist auf der der Wärmeausdehnungsrichtung abgewandten Seite des Kugellagers 1 eine Vorspanneinheit 5 angeordnet, welche mittels in Bohrungen 6 angeordneten Federn 7 auf den Außenring 2 einwirkt, um einen Kontakt zwischen Außenring 2 und den Kugeln 4 zu garantieren. Um dabei bei einer axialen Verschiebung des Innenringes 3 den Außenring 2 präzise axial zu führen und radial zu stützen, steht die Vorspanneinheit 5 über eine Membran 8 und einen Flansch 9 mit dem Kugellager 1 in Verbindung. Dabei sorgt die Membran 8 durch eine Auslenkung um Sollbiegestellen 10a und 10b für eine axiale Führung des Kugellagers 1 mittels des Flansches 9 bei gleichzeitiger radialer Stützung. Aufgrund der gleichmäßigen Auslenkung der Membran 8 erfolgt die radiale Stützung des Kugellagers 1 dabei spielfrei. Ferner ist der Flansch 9 zur sicheren axialen Führung des Kugellagers 1 in einen Zwischenraum zwischen Innenring 3 und Außenring 2 eingeclippt.
2 zeigt die erfindungsgemäße Wälzlageranordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform im Halbschnitt. Im Unterschied zu der vorher genannten weisen dabei die Vorspanneinheit 5', die Membran 8' und der Flansch 9' einen größeren Außendurchmesser als das Kugellager 1 auf. In diesem Fall weist also die Vorspanneinheit 5' einen zu der jeweiligen Gehäusebohrung korrespondierenden Außendurchmesser auf, während der Außenring 2 des Kugellagers 1 lediglich durch den Flansch 9' geführt wird. Um dabei für eine radiale Abstützung des Außenrings 2 zu sorgen, übergreift der Flansch 9' diesen teilweise. Des Weiteren sind die Elemente Vorspanneinheit 5', Membran 8' und Flansch 9' nicht als einstückige Baueinheit, sondern als zusammengefügte Einzelteile ausgebildet.
Eine Wälzlageranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ist insbesondere zur Lagerung von Hauptspindeln von Werkzeugmaschinen geeignet. Dabei ist die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr ist auch eine Ausführung denkbar, bei welcher eine aus Vorspanneinheit, Membran und Flansch bestehende Baugruppe eine scheibenförmige Ausbildung aufweist, wobei am äußeren Rand dieser Scheibe die Vorspanneinheit und im Innenbereich der Flansch angeordnet sind. Die Scheibe weist dabei eine radial deutlich größere Erstreckung als das Kugellager auf, ist aber in axialer Richtung sehr kompakt.

1: Kugellager
2: Außenring
3: Innenring
4: Kugel
5, 5': Vorspanneinheit
6: Bohrung
7: Feder
8, 8': Membran
9, 9': Flansch
10a, 10b: Sollbiegestellen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004048720 A1 [0003]

Claims

Wälzlageranordnung zum Bilden einer Loslagerung einer Welle in einer Gehäusebohrung, mit mindestens einem Kugellager (1), welches aus einem fest mit der Welle verbundenen Innenring (3) und einem relativ zur Gehäusebohrung beweglichen Außenring (2) sowie jeweils auf deren einander zugewandten Seiten abrollenden Kugeln (4) besteht, und einer Vorspanneinheit (5, 5'), welche über Federn (7) auf den Außenring (2) einwirkt, um bei einer axialen Bewegung der Welle und damit des Innenrings (3) einen Kontakt des Außenrings (2) mit den Kugeln (4) und folglich einen Zusammenhalt, insbesondere eine Vorspannkraft des mindestens einen Kugellagers (1) zu garantieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspanneinheit (5, 5') über eine Membran (8, 8') und einen daran anschließenden Flansch (9, 9') mit dem Außenring (2) verbunden ist, welche den Außenring (2) bei axialen Bewegungen führen und radial stützen.
Wälzlageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspanneinheit (5, 5') und Membran (8, 8') sowie Flansch (9, 9') einerseits und das mindestens eine Kugellager (1) andererseits als einzelne Baugruppen ausgeführt sind.
Wälzlageranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (9, 9') in einen Zwischenraum zwischen Innenring (3) und Außenring (2) des mindestens einen Kugellagers (1) eingeclippt ist.
Wälzlageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspanneinheit (5'), sowie Membran (8') und Flansch (9') einen größeren Außendurchmesser als der Außenring (2) des mindestens einen Kugellagers (1) aufweisen.
Wälzlageranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (9') den Außenring (2) des mindestens einen Kugellagers (1) ganz oder teilweise übergreift.
Wälzlageranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (9') Außenringe von mehreren hintereinander angeordneten Kugellagern übergreift.
Wälzlageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Übergangs der Vorspanneinheit (5, 5') in die Membran (8, 8'), sowie der Membran (8, 8') in den Flansch (9, 9') Sollbiegestellen (10a, 10b) vorgesehen sind.
Wälzlageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Membran (8, 8') aus mehreren in Reihe geschalteten Einzelmembranen zusammensetzt.
Wälzlageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Membran (8, 8') aus Kreis-Segmenten zusammensetzt.
Wälzlageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Vorspanneinheit (5) mit Membran (8) und Flansch (9) als einteiliges Bauteil ausgeführt sind.
Wälzlageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (8, 8') aus einem metallischen Werkstoff besteht.