DE102008052507A1

DE102008052507A1 - Wälzlager

Info

Publication number: DE102008052507A1
Application number: DE102008052507A
Authority: DE
Inventors: Robert Godau; Stefan Trunk
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-10-21
Filing date: 2008-10-21
Publication date: 2010-04-22
Also published as: WO2010045932A1

Abstract

Ein Wälzlager (2) umfasst einen Lageraußenring (6) und einen Lagerinnenring (8), die um eine Drehachse (D) relativ zueinander drehbar sind und zwischen denen Wälzkörper (10) angeordnet sind. Der Lagerinnenring (8) ist dabei drehfest auf eine Welle (4) montierbar. Im Hinblick auf eine Verringerung der Bildung von Passungsrost ist am Lagerinnenring (8) in einem Bereich (14) außerhalb der Lastzone (L) ein Mittel (16, 18, 20) zur Verringerung von Mikrobewegungen zwischen dem Lagerinnenring (8) und einer Welle (4) vorgesehen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Wälzlager umfassend einen Lageraußenring und einen Lagerinnenring, die um eine Drehachse relativ zueinander drehbar sind und zwischen denen Wälzkörper angeordnet sind, wobei der Lagerinnenring drehfest auf eine Welle montierbar ist.
Hintergrund der Erfindung
Beim Einsatz von Lagern kommt es vor, dass durch ein Zusammenspiel zwischen chemischen Reaktionen, wie z. B. Oxidation, und einer starken mechanischen Belastung beim Bewegen des Lagers Oxidschichten gebildet und anschließend zerstört werden. Ein Beispiel für einen solchen Verschleißmechanismus, der infolge chemischer Reaktion und mechanischer Zerstörung der Reaktionsschichten zu Stande kommt, ist die Bildung von Passungsrost. Passungsrost entsteht beispielsweise bei großen Pendelrollenlagern, die in Windkraftanlagen eingesetzt sind und häufigen wechselnden Belastungen ausgesetzt sind.
In der DE 10 2005 029 075 A1 ist eine Anordnung zur Lagerung eines Maschinenteils mittels eines Wälzlagers beschrieben, bei der zur Vermeidung von ungünstigen Bordbelastungen, die insbesondere zum Passungsrost führen, der Außenring des Wälzlagers eine wendelförmig verlaufende Nut aufweist, so dass eine spannungsfreie Lagerung ermöglicht ist. Dank der Ausgestaltung der Nut wird keine Schraubwirkung erzeugt, wenn die Nut von Öl durchflossen wird, so dass ein Wandern des Außenrings relativ zum Maschinenteil unterbunden wird.
Aus der DE 103 40 261 A1 ist ein Wälzlager zu entnehmen, welches eine Antriebswelle bezüglich eines Gehäuses lagert. Auf einen Außenring des Lagers wirkt eine umlaufende Radiallast, die Passungsrost zwischen dem Außenring und dem Gehäuse verursacht. Zur Lösung dieses Problems ist ein Gleitlager zwischen dem Außenring und dem Gehäuse vorgesehen. Eine derartige Anordnung ist jedoch wegen dem zusätzlichen Gleitlager mit hohen Kosten verbunden.
Aus der DE 1 521 883 geht ein Feststoffschmiermittel zur Bekämpfung von Passungsrost hervor, das allerdings nicht für Wälzlager geeignet ist.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Passungsrostbildung bei einem Wälzlager zu verringern.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Wälzlager umfassend einen Lageraußenring und einen Lagerinnenring, die um eine Drehachse relativ zueinander drehbar sind und zwischen denen Wälzkörper angeordnet sind, wobei der Lagerinnenring drehfest auf eine Welle montierbar ist und wobei im montierten Zustand am Lagerinnenring in einem Bereich außerhalb der Lastzone ein Mittel zur Verringerung von Mikrobewegungen zwischen dem Lagerinnenring und der Welle vorgesehen ist.
Die Erfahrung hat gezeigt, dass in der Lastzone, d. h. die Zone hoher Belastung zwischen dem Lagerinnenring und der Welle, meistens definiert durch den Sitz der Wälzkörper auf dem Lagerinnenring, seltener Passungsrost entsteht als in den niedrig belasteten Bereichen außerhalb der Lastzone. Durch Berechnungen wurde belegt, dass die in diesen Bereichen auftretenden Biege-Wechselbeanspruchungen die Bildung von Passungsrost begünstigen. Dies ist durch Mikrobewegungen beim Gleiten der Oberflächen des Lagerinnenrings und der Welle gegeneinander begründet.
Aufbauend auf der Erkenntnis, dass Passungsrost infolge sowohl Oxidation als auch mechanischer Abrieb zwischen dem Lagerinnenring und der Welle entsteht, werden erfindungsgemäß die mechanischen Wechselwirkungen, die zum Verschleißprozess führen, beeinflusst, um die Bildung von Passungsrost zu verringern. Hierfür ist ein Mittel vorgesehen, welches die Mikrobewegungen zwischen dem Lagerinnenring und der Welle, die insbesondere durch die Verformung der Komponenten bei einer Wechselbelastung im Einsatz des Lagers entstehen, unterdrückt. Dieses Mittel kann ein zusätzliches Bauelement sein, welches auf den Lagerinnenring und/oder die Welle wirkt. Das Mittel kann alternativ auch eine besondere Ausgestaltung des Lagerinnenrings darstellen, durch welche das Zusammenspiel zwischen dem Lagerinnenring und der Welle beeinflusst ist.
Das Mittel wird in einem Bereich außerhalb der Lastzone eingesetzt. Dieser Bereich erstreckt sich insbesondere axial etwa zwischen dem Sitz der Wälzkörper am Lagerinnenring und dem seitlichen Rand des Lagerinnenrings. Da der Schwerpunkt der Druckkraft, die das Wälzlager und die Welle aufeinander ausüben, bei den Wälzkörpern liegt, befindet sich die Lastzone im Wesentlichen unterhalb des Sitzes der Wälzlagerkörper am Lagerinnenring. Dabei ist sowohl bei einreihigen als auch bei zweireihigen Wälzlagern der Bereich beidseitig der Lastzone passungsrostgefährdet, so dass insbesondere dieser Bereich durch das Anbringen des Mittels zur Verringerung der Mikrobewegungen geschützt wird.
Nach einer ersten bevorzugten Variante ist das Mittel zur Erhöhung der Druckkraft des Lagerinnenrings auf die Welle ausgestaltet. Durch die Erhöhung der Pressung auf die Welle im Bereich außerhalb der Lastzone wird im Allgemeinen die Relativbewegung zwischen dem Lagerinnenring und der Welle reduziert, wodurch auch die Mikrobewegungen, die zum Entstehen von Passungsrost führen, verringert werden. Durch einen zusätzlichen Druck im gefährdeten Bereich werden insbesondere die Bedingungen zwischen dem Lagerinnenring und der Welle ähnlich dem Bereich der Lastzone, in der die Mikrobewegungen reduziert sind, nachgebildet.
Die Druckkraft des Lagerinnenrings auf die Welle wird erhöht, indem gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung das Mittel ein unter Presssitz auf den Umfang des Lagerinnenrings aufschiebbarer Metallring ist. Der Metallring weist insbesondere einen Innendurchmesser auf, der geringfügig kleiner ist als der Außendurchmesser des Lagerinnenrings. Der Metallring wird aufgewärmt, um auf den Lagerinnenring aufgeschoben zu werden. Nach seinem Abkühlen bildet er eine Übermaßpassung.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung wird die zusätzliche Druckkraft dadurch erzeugt, dass das Mittel ein Seil, insbesondere ein Stahlseil, zur Herstellung eines Presskontakts zwischen dem Lagerinnenring und der Welle ist. Ein solches Seil zeichnet sich gegenüber einem Metallring durch Kostenvorteile aus. Das Seil wird außerhalb der Lastzone um den Lagerinnenring verspannt und drückt somit den Lagerinnenring gegen die Welle zur Reduzierung der Mikrobewegungen des Lagerinnenrings in diesem Bereich.
Damit ausreichend Platz zum Aufbringen von einem Metallring oder einem Seil vorhanden ist, ist der Lagerinnenring in Axialrichtung länger als der Lageraußenring.
Eine Erhöhung der Druckkraft des Lagerinnenrings auf die Welle kann außerdem durch eine geeignete Profilierung des Lagerinnenrings erzeugt werden. Dabei ist das Mittel vorzugsweise durch eine vergrößerte radiale Dicke des Lagerinnenrings gebildet. Bevorzugt weist der Lagerinnenring zur Welle hin eine umlaufende Auskragung auf, welche im gefährdeten Bereich für eine Presspassung sorgt, so dass die Mikrobewegungen zwischen dem Lagerinnenring und der Welle im Betrieb reduziert werden.
Nach einer alternativen bevorzugten Variante ist das Mittel dafür ausgebildet, den Kontaktbereich zwischen dem Lagerinnenring und der Welle zu verkleinern. Diese Variante beruht auf der Überlegung, dass bei einer Reduzierung der Kontaktfläche zwischen dem Lagerinnenring und der Welle die Möglichkeit zum Entstehen von Mikrobewegungen und somit von Passungsrost ebenfalls reduziert wird. Das Mittel ist hierbei insbesondere derart ausgebildet, dass es eine Berührung der Oberflächen des Lagerinnenrings und der Welle außerhalb der Lastzone verhindert.
Ein derartiges Mittel, welches den Kontaktbereich zwischen dem Lagerinnenring und der Welle minimiert, ist vorzugsweise durch eine außerhalb der Lastzone verringerte radiale Dicke des Lagerinnenrings gebildet. Bevorzugt weist hierbei der Lagerinnenring zur Welle hin eine außerhalb der Lastzone umlaufende Ausnehmung nach Art einer Stufe auf. Betrachtet in einem Längsschnitt ist angefangen vom seitlichen Rand des Lagerinnenrings und fortgesetzt in Axialrichtung ein Teil vom Material des Lagerinnenrings ausgenommen, so dass eine Stufe oder ein Absatz gebildet ist und der Lagerinnenring nur im Bereich der Lastzone auf der Welle aufliegt.
Zweckdienlicherweise ist das Wälzlager ein Pendelrollenlager, welches insbesondere für den Einsatz in einer Windkraftanlage vorgesehen ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
1 in einem Längsschnitt ein auf einer Welle angeordnetes Pendelrollenlager mit Metallringen, die auf den Umfang eines Lagerinnenrings aufgebracht sind,
2 in einem Längsschnitt ein Pendelrollenlager mit einem Lagerinnenring, dessen Wandung in den seitlichen Randbereichen versteckt ausgebildet ist, und
3 in einem Längsschnitt ein Pendelrollenlager, wobei in den seitlichen Randbereichen eines Lagerinnenrings Ausnehmungen ausgebildet sind.
In den Figuren sind gleich wirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
In 1 ist schematisch ein Pendelrollenlager 2 gezeigt, weiterhin auch einfach Lager genannt, welches zur Lagerung einer Welle 4 eingesetzt ist. Das Lager 2 umfasst im Wesentlichen einen Lageraußenring 6 und einen Lagerinnenring 8, zwischen denen zwei Reihen von Wälzkörpern 10 in leicht geneigter Stellung angeordnet sind. Der Lagerinnenring 8 sitzt drehfest auf der Welle 4, so dass der Lageraußenring 6 und der Lagerinnenring 8 um eine Drehachse D relativ zueinander drehbar sind. Weiterhin ist beidseitig des Lagerinnenrings 8 eine axiale Sicherung 12 vorgesehen, die eine axiale Verschiebung des Pendelrollenlagers 2 entlang der Welle 4 verhindert.
Das Lager 2 ist mittels Presspassung auf der Welle 4 aufgebracht, d. h. dass der Innendurchmesser des Lagerinnenrings 8 in Radialrichtung im unmontierten Zustand kleiner ist als der Durchmesser der Welle 4. Die Welle 4 übt eine Druckkraft auf das Lager 2 aus und umgekehrt, welche insbesondere im Bereich der Wälzkörpersitze besonders groß ist, so dass im mittleren Bereich unter dem Lagerinnenring 8 eine Lastzone L gebildet ist. Außerhalb der Lastzone L in den seitlichen Randbereichen 14 ist die Belastung auf die Welle 4 deutlich kleiner, wodurch im Betrieb Mikrobewegungen zwischen dem Lagerinnenring 8 und der Welle 4 entstehen und sich somit in diesen Bereichen 14 Passungsrost bildet.
Um die Mikrobewegungen zwischen dem Lagerinnenring 8 und der Welle 4 zu verringern und somit die Bildung von Passungsrost zu beschränken, sind am Lagerinnenring 8 beidseitig der Wälzkörper 10 Metallringe 16 vorgesehen, die unter Presssitz auf den Umfang des Lagerinnenrings 8 und somit mittelbar um die Welle 4 aufgeschoben sind. Die Metallringe 16 erzeugen eine zusätzliche Druckkraft, so dass die Pressung in den schraffierten Bereichen 15 gemäß 1 erhöht wird. Damit ausreichend Platz für die Metallringe 16 vorhanden ist, ist der Lagerinnenring 8 in dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 in Axialrichtung länger und übersteht den Lageraußenring 6.
Anstelle der Metallringe 16 können alternativ Stahlseile verwendet werden, die auf dem Umfang des Lagerinnenrings 8 festgebunden sind und einen Presskontakt zwischen dem Lagerinnenring 8 und der Welle 4 erzeugen.
In 2 ist schematisch eine alternative Ausführungsvariante des Pendelrollenlagers 2 dargestellt, mit deren Hilfe ebenfalls das Entstehen von Passungsrost im Presssitz des Lagers 2 auf der Welle 4 reduziert wird. Hierfür weist der Lagerinnenring 8 eine vergrößerte radiale Dicke auf, indem in den seitlichen Randbereichen 14 außerhalb der Lastzone L eine zur Welle 4 hin gerichtete Auskragung 18 ausgebildet ist, die in der Figur durch eine schraffierte Fläche angedeutet ist. Beim Montieren des Lagers 2 auf die Welle 4 werden die umlaufenden Auskragungen 18 auf die Welle gepresst, so dass die Druckkraft in diesen Bereichen 14 erhöht wird und somit die Mikrobewegungen aufgrund der wechselnden Belastungen im Betrieb des Lagers 2 reduziert werden.
Eine Verringerung der Passungsrostbildung wird bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 durch eine Profilierung des Lagerinnenringes 8 erreicht. Hierbei wird jedoch die Kraft, die der Lagerinnenring 8 auf die Welle 4 ausübt, im passungsrostgefährdeten Bereich 14 nicht erhöht, sondern im Gegenteil wird der Kontaktbereich zwischen dem Lagerinnenring 8 und der Welle 4 verkleinert. Hierdurch werden die Kontaktflächen, zwischen denen Mikrobewegungen entstehen, ebenfalls verkleinert. Um dies zu erreichen, wird die radiale Dicke des Lagerinnenrings 8 verringert, indem auf der der Welle 4 zugewandten Seite des Lagerinnenrings 8 außerhalb der Lastzone L eine umlaufende Ausnehmung 20 nach Art einer Stufe ausgebildet ist. Dank der Ausnehmung 20 in den seitlichen Randbereichen 14 des Lagerinnenrings 8 besteht kein Kontakt zwischen dem Lagerinnenring 8 und der Welle 4, so dass in diesen Bereichen 14 im Betrieb keine Mikrobewegungen und somit auch kein Passungsrost entstehen können.

2: Pendellrollenlager
4: Welle
6: Lageraußenring
8: Lagerinnenring
10: Wälzkörper
12: axiale Sicherung
14: seitlicher Randbereich
15: Bereich erhöhter Druckkraft
16: Metallring
18: Auskragung
20: Ausnehmung
D: Drehachse
L: Lastzone

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102005029075 A1 [0003]
- DE 10340261 A1 [0004]
- DE 1521883 [0005]

Claims

Wälzlager (2) umfassend einen Lageraußenring (6) und einen Lagerinnenring (8), die um eine Drehachse (D) relativ zueinander drehbar sind und zwischen denen Wälzkörper (10) angeordnet sind, wobei der Lagerinnenring (8) drehfest auf eine Welle (4) montierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass am Lagerinnenring (8) in einem Bereich (14) außerhalb der Lastzone (L) ein Mittel (16, 18, 20) zur Verringerung von Mikrobewegungen zwischen dem Lagerinnenring (8) und der Welle (4) vorgesehen ist.
Wälzlager (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (16, 18, 20) zur Erhöhung der Druckkraft des Lagerinnenrings (8) auf die Welle (4) ausgestaltet ist.
Wälzlager (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (16, 18, 20) ein unter Presssitz auf den Umfang des Lagerinnenrings (8) aufschiebbarer Metallring (16) ist.
Wälzlager (2) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (16, 18, 20) ein auf den Umfang des Lagerrings (8) aufbringbares Seil zur Herstellung eines Presskontakts zwischen dem Lagerinnenring (8) und der Welle (4) ist.
Wälzlager (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerinnenring (8) in Axialrichtung länger ist als der Lageraußenring (6).
Wälzlager (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (16, 18, 20) durch eine vergrößerte radiale Dicke des Lagerinnenrings (8) gebildet ist.
Wälzlager (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerinnenring (8) zur Welle (4) hin eine umlaufende Auskragung (18) aufweist.
Wälzlager (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (16, 18, 20) dafür ausgebildet ist, den Kontaktbereich zwischen dem Lagerinnenring (8) und der Welle (4) zu verkleinern.
Wälzlager (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (16, 18, 20) durch eine außerhalb der Lastzone (L) verringerte radiale Dicke des Lagerinnenrings (8) gebildet ist.
Wälzlager (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerinnenring (8) zur Welle (4) hin eine außerhalb der Lastzone (L) umlaufende Ausnehmung (20) nach Art einer Stufe aufweist.
Wälzlager (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Pendelrollenlager, insbesondere ein Pendelrollenlager für eine Windkraftanlage, ist.