DE102008062910A1

DE102008062910A1 - Wälzlager für eine Radialkräfte, Axialkräfte und Kippmomente aufnehmende Drehlagerung

Info

Publication number: DE102008062910A1
Application number: DE102008062910A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Zeidlhack
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-12-23
Filing date: 2008-12-23
Publication date: 2010-06-24
Also published as: WO2010072196A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager für eine Radialkräfte, Axialkräfte und Kippmomente aufnehmende Drehlagerung eines Bauteils an einem anderen Bauteil, umfassend mehrere zwischen einem mit einem ersten (6) der Bauteile verbundenen Lageraußenring (4) und einem mit dem zweiten Bauteil (3) verbundenen Lagerinnenring (2) angeordnete Wälzkörperreihen. Um die Radiallagerfunktion und die Axiallagerfunktion voneinander zu trennen, ist vorgesehen, dass zwischen dem Lageraußenring (4) und dem Lagerinnenring (2) wenigstens eine ein Radiallager (17) bildende Wälzkörperreihen (16) angeordnet ist und dass auf dem Lagerinnenring (2) mit einer radialen Spielpassung zwei zueinander beabstandete Wellenscheiben (8, 10) angeordnet sind, deren erste sich in einer ersten Axialrichtung (12) und deren zweite sich in der zweiten Axialrichtung (14) an einer mit dem zweiten Bauteil (3) verbundene Anschlussstruktur (3) abstützt. Zwischen der ersten Wellenscheibe (8) und dem Lageraußenring (4) ist wenigstens eine ein in der ersten Axialrichtung (12) wirksames Axiallager (23) bildende Wälzkörperreihe (22, 24) und zwischen der zweiten Wellenscheibe (10) und dem Lageraußenring (4) wenigstens eine ein in der zweiten Axialrichtung (14) wirksames Axiallager (27) bildende Wälzkörperreihe (26, 28) angeordnet.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Wälzlager für eine Radialkräfte, Axialkräfte und Kippmomente aufnehmende Drehlagerung eines Bauteils an einem anderen Bauteil, umfassend mehrere zwischen einem mit einem ersten Bauteil verbundenen Lageraußenring und einem mit einem zweiten Bauteil verbundenen Lagerinnenring angeordnete Wälzkörperreihen. Typische Anwendungsgebiete sind beispielsweise die Drehlagerung einer Welle in einer Gehäusestruktur oder dergleichen, wobei der Innenring der drehbaren Welle und der Außenring der drehfesten Gehäusestruktur zugeordnet ist, oder die Drehlagerung einer Nabe auf einer drehfesten Achse, wobei der Innenring der drehfesten Achse und der Außenring der drehbaren Nabe zugeordnet ist.
Hintergrund der Erfindung
Wälzlager der eingangs beschriebenen Art werden beispielsweise als Drehlager für Drehtische großer Bearbeitungsmaschinen oder als Rotor-Hauptlager bei Windkraftanlagen eingesetzt, wo sie alle in das Wälzlager eingeleiteten Quer- bzw. Radialkräfte, Axialkräfte und Kippmomente aufnehmen und an die jeweilige Anschlussstruktur übertragen. Im Falle einer Windkraftanlage beispielsweise wird demnach von dem mit dem jeweils drehenden Lagerring verbundenen Bauteil nur noch ein Drehmoment in ein nachgeordnetes Getriebe eingeleitet, in welchem die langsame Rotordrehzahl z. B. in eine schnelle, für den Antrieb eines elektrischen Generators geeignete Drehzahl übersetzt wird.
In der DE 10 2007 012 408 A1 ist eine Windenergieanlage beschrieben, bei der eine Rotornabe über ein Momentenlager drehgelagert ist. Dieses ist als zweireihiges Schrägrollenlager ausgebildet, welches grundsätzlich Radialkräfte, Axialkräfte und Kippmomente aufnehmen kann. Schrägrollenlager haben jedoch aufgrund ihrer Bauart ungünstige kinematische Eigenschaften, und zwar einerseits wegen der unvermeidlichen Gleitreibung der schräg zur Lagerachse stehenden Rollen an den Laufflächen sowie wegen der Reibung an den die Rollen axial haltenden, an den Lagerringen angeordneten Borden. Außerdem haben derartige Lager im allgemeinen ein gewisses Radial- und Axialspiel, was bei der dem Wälzlager zugeordneten Aufgabe ungünstig ist. Da alle oben genannten Kräfte und Momente von den gleichen Wälzkörperreihen aufgenommen werden, ist eine funktionale Trennung beispielsweise der Radiallagerfunktion und der Axiallagerfunktion nicht möglich.
Die beschriebenen Nachteile lassen sich zwar durch Verwendung von Kegelrollenlagern wenigstens teilweise vermeiden, diese sind jedoch wegen hoher Herstellungskosten in der Beschaffung verhältnismäßig teuer.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wälzlager der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, welches günstige kinematische Eigenschaften und eine geringe innere Reibung hat und damit leichtgängig ist, welches weitgehend spielfrei eingestellt werden kann und welches kostengünstig ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Aufteilung der von dem Lager wahrzunehmenden Funktionen in eine Axiallagerfunktion und eine Radiallagerfunktion die Möglichkeit bietet, beiden Funktionen optimal angepasste Lagerarten bzw. Lagerformen zuzuordnen.
Die Erfindung geht daher aus von einem Wälzlager für eine Radialkräfte, Axialkräfte und Kippmomente aufnehmende Drehlagerung eines Bauteils an einem anderen Bauteil, umfassend mehrere zwischen einem mit einem ersten der Bauteile verbundenen Lageraußenring und einem mit dem zweiten Bauteil verbundenen Lagerinnenring angeordnete Wälzkörperreihen. Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass zwischen dem Lageraußenring und dem Lagerinnenring wenigstens eine ein Radiallager bildende Wälzkörperreihe angeordnet ist, und dass auf dem Lagerinnenring bzw. dem diesen aufnehmenden zweiten Bauteil mit einer radialen Spielpassung zwei zueinander beabstandete Wellenscheiben angeordnet sind, deren erste Wellenscheibe sich in einer ersten Axialrichtung und deren zweite Wellenscheibe sich in der zweiten Axialrichtung am zweiten Bauteil bzw. einer mit diesem verbundenen Anschlussstruktur abstützt, wobei zwischen der ersten Wellenscheibe und dem Lageraußenring wenigstens eine ein in der ersten Axialrichtung wirksames Axiallager bildende Wälzkörperreihe sowie zwischen der zweiten Wellenscheibe und dem Lageraußenring wenigstens eine ein in der zweiten Axialrichtung wirksames Axiallager bildende Wälzkörperreihe angeordnet ist.
Die auf das Wälzlager wirkenden Radialkräfte werden ausschließlich von der das Radiallager bildenden Wälzkörperreihe bzw. den Wälzkörperreihen aufgenommen. Die auf das Wälzlager wirkenden Axialkräfte, die auch aus Kippmomenten herrühren können, werden beispielsweise für den Fall, dass der Lageraußenring mit dem drehenden Bauteil verbunden ist, vom Lageraußenring über die zugeordneten Wälzkörperreihen auf die Wellenscheiben übertragen, die sich ihrerseits axial an dem mit dem Lagerinnenring verbundenen zweiten Bauteil bzw. einer mit diesem verbundenen Anschlussstruktur abstützen. Die radiale Spielpassung zwischen den Wellenscheiben und dem Lagerinnenring gewährleistet, dass über die beiden Axiallager nur Axialkräfte in die mit dem zweiten Bauteil verbundene Anschlussstruktur eingeleitet werden. Auf diese Weise sind die Radiallagerfunktion und die Axiallagerfunktion eindeutig voneinander getrennt.
Das Radiallager ist gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung als ein- oder mehrreihiges Zylinderrollenlager und gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung als ein- oder mehrreihiges Kugellager ausgebildet. Um sicherzustellen, dass das Radiallager keine Axialkräfte aufnimmt, ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Radiallager als Loslager ausgebildet ist. Im Falle der Ausbildung als Zylinderrollenlager werden die Zylinderrollen nur in einem der beiden Lagerringe durch Borde axial gehalten, während der jeweils andere Lagerring keine Borde aufweist und damit eine Bewegung der Zylinderrollen in Axialrichtung erlaubt, wie anhand von Ausführungsbeispielen genauer dargelegt ist.
Im Falle einer Ausführung des Radiallagers als Kugellager ist vorgesehen, dass die Laufbahnen für die Kugeln an wenigstens einem der Lagerringe eine weite Schmiegung aufweisen, wodurch die Loslagerfunktion des Radiallagers gewährleistet ist.
Gemäß einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung ist das Radiallager zwischen den beiden Wellenscheiben angeordnet, so dass die Wellenscheiben jeweils einen axialen Abschluss des Lagers in beiden Axialrichtungen bilden.
Die Axiallager können gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung als ein- oder mehrreihige Schrägkugellager, gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung als ein- oder mehrreihige Axialkugellager ausgebildet sein. Sie sind so ausgelegt und dimensioniert, dass sie die das Momentenlager belastenden reinen Axialkräfte sowie die aus einem gegebenenfalls auftretenden Kippmoment herrührenden Axialkräfte aufnehmen können.
Um das erfindungsgemäße Wälzlager, insbesondere die Axiallager des erfindungsgemäßen Wälzlagers, unempfindlich gegen kleine Verkippungen zu machen, ist gemäß einer weiteren konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Wellenscheiben an den der Anschlussstruktur und dem Lagerinnenring zugewandten Flächen jeweils ballig ausgebildet sind, d. h. im vorliegenden Fall in der den Lagerinnenring aufnehmenden Bohrung und an den axialen Anlageflächen zu der Anschlussstruktur. Diese Möglichkeit einer Winkeleinstellung bewirkt eine gleichmäßige Lastaufteilung auf die Axialkugelreihen.
Zwischen den Wellenscheiben und dem zugeordneten zweiten Bauteil einerseits sowie dem Lagerinnenring andererseits sind jeweils zur Lagerachse konzentrische Dichtungsringe vorgesehen, welche das Lagerinnere und gegebenenfalls eine in diesem vorgesehene Dauerschmierung nach außen abdichten.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung an einigen Ausführungsformen näher erläutert. Darin zeigt
1 einen Teillängsschnitt durch ein Momentenlager, wobei das Radiallager als einreihiges Zylinderrollenlager ausgebildet ist,
2 eine Ansicht ähnlich der 1, jedoch mit zusätzlichen Dichtungsringen,
3 eine Ansicht ähnlich der 1, wobei jedoch das Radiallager als zweireihiges Kugellager ausgebildet ist, und
4 eine Ansicht ähnlich der 3, jedoch mit zusätzlichen Dichtungsringen sowie geändertem Lagerinnenring und geänderten Dichtungsringe.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Das in 1 dargestellte Momentenlager umfasst im wesentlichen einen Lagerinnenring 2, der beispielsweise fest mit einer nicht dargestellten, das zweite Bauteil 3 bildenden Achse oder dergleichen verbunden ist, einen Lageraußenring 4, welcher beispielsweise mit einem eine Nabe bildenden ersten Bauteil 6 fest verbunden ist, sowie zwei auf dem Lagerinnenring 2 mit einer axialen Spielpassung angeordnete Wellenscheiben 8 und 10, deren erste 8 sich in der durch den Pfeil 12 gekennzeichneten ersten Axialrichtung und deren zweite 10 sich in der durch den Pfeil 14 gekennzeichneten zweiten Axialrichtung an einer mit dem zweiten Bauteil 3 verbunden und ebenfalls mit 3 bezeichneten Anschlussstruktur abstützt.
Zwischen dem Lagerinnenring 2 und dem Lageraußenring 4 ist eine Wälzkörperreihe 16 angeordnet, die ein Radiallager 17 bildet. Das Radiallager 17 umfasst im vorliegenden Ausführungsbeispiel nur eine Wälzkörperreihe; es könnte jedoch auch zwei- oder mehrreihig ausgeführt sein, wie nicht im Ein zelnen ausgeführt zu werden braucht. Die Wälzkörper der Wälzkörperreihe 16 sind Zylinderrollen, die im Außenring 4 durch Borde 18, 20 axial geführt sind, während sie auf dem bordlosen Lagerinnenring 2 axial frei beweglich sind, so dass das Radiallager 17 die Funktion eines Loslagers hat. Das Radiallager 17 nimmt deshalb ausschließlich Radialkräfte auf.
Zwischen dem Lageraußenring 4 und den Wellenscheiben 8 bzw. 10 sind jeweils zwei Wälzkörperreihen 22, 24 bzw. 26, 28 angeordnet, welche jeweils ein Axiallager 23 bzw. 27 bilden. Die Wälzkörper der Wälzkörperreihen 22, 24 bzw. 26, 28 sind Kugeln und bilden jeweils ein zweireihiges Schrägkugellager. Das durch die Wälzkörperreihen 22, 24 gebildete Schrägkugellager ist in der ersten Axialrichtung 12, das durch die Wälzkörperreihen 26, 28 gebildete Schrägkugellager in der zweiten Axialrichtung 14 wirksam, so dass Axialkräfte in beiden Axialrichtungen sowie Kippmomente senkrecht zur Lagerachse 30 aufgenommen werden können. Da die Wellenscheiben 8 und 10 mit einer radialen Spielpassung auf dem Lagerinnenring 2 angeordnet sind und sich jeweils axial an der Anschlussstruktur 3 abstützen, nehmen diese nur Axialkräfte auf, so dass die Radiallagerfunktion und die Axiallagerfunktion eindeutig voneinander getrennt sind.
Anstelle der zweireihigen Schrägkugellager könnten auch ein- oder mehrreihige reine Axialkugellager verwendet werden, wie nicht im einzelnen dargestellt wurde. Außerdem könnten die Kugeln zweier Lagerreihen eines Axiallagers unterschiedlich groß sein, um eine möglichst gleiche Tragfähigkeit und damit rechnerische Lebensdauer für beide Lagerreihen zu erreichen.
Um beispielsweise kleine Kippbewegungen des Lageraußenringes 4 gegenüber dem Lagerinnenring 2 zu ermöglichen, sind die Innenumfangsflächen 32 und 34 der den Lagerinnenring 2 aufnehmenden Bohrungen der Wellenscheibe 8 bzw. 10 sowie deren jeweils an der Anschlussstruktur 3 anliegenden Axialflächen 36 bzw. 38 ballig ausgeführt. Auf diese Weise wird eine gleichmäßige Lastaufteilung in den zweireihigen Axiallagern gewährleistet.
Über Dichtungsringe 40 bzw. 42 wird der gegebenenfalls dauergeschmierte Innenraum des Momentenlagers, z. B. gegenüber der Umwelt, abgedichtet. Die Dichtungsringe 40 bzw. 42 sind in Bezug auf die Wellenscheiben 8, 10 axial außermittig angeordnet, um auch bei Kippstellungen der Wellenscheiben 8, 10 ausreichend abzudichten.
Das in 2 dargestellte erfindungsgemäße Wälzlager unterscheidet sich von dem in 1 dargestellten erfindungsgemäßen Wälzlager nur dadurch, dass zusätzlich zu den zwischen den Wellenscheiben 108 und 110 angeordneten Dichtungsringen 140 und 142 auch an den abgestützten Axialflächen 136 bzw. 138 Dichtungsringe 144 bzw. 146 vorgesehen sind, die eine Abdichtung zwischen den Wellenscheiben 108 bzw. 110 und den zugeordneten Flächen der Anschlussstruktur 103 sicherstellen.
Der Druckwinkelbereich der die Axiallager bildenden Wälzkörperreihen 22, 24, 26, 28 kann zwischen 30° und 90° liegen. Wie die 1 und 2 zeigen, ist der Druckwinkel α bei diesen Ausführungsbeispielen ebenso wie bei den Ausführungsbeispielen der 3 und 4 gleich 45°. Es sei an dieser Stelle bemerkt, dass die Druckwinkel der Wälzkörperreihen einer Wellenscheibe auch verschieden sein können, so dass sich die Druckwinkellinien beispielsweise auf der Mittellinie 148 schneiden, wie nicht dargestellt ist.
3 zeigt ein erfindungsgemäßes Wälzlager, welches sich von dem in 1 dargestellten Wälzlager im wesentlichen dadurch unterscheidet, dass die das Radiallager 223 bildenden Wälzkörperreihen 216, 217 als Radialkugelreihen ausgebildet sind. Um dem Radiallager 223 auch in diesem Fall die Funktion eines Loslagers zu geben, ist die Schmiegung der am Lagerinnenring 202 ausgebildeten Laufbahnen 219, 221 weit ausgelegt, so dass das Radiallager 223 im wesentlichen keine Axialkräfte überträgt. Alternativ kann die große Schmiegung auch in die Laufbahnen vom Radiallager im Außenring gelegt d. h. eingebracht werden.
Das in 4 dargestellte erfindungsgemäße Wälzlager unterscheidet sich von dem in 3 dargestellten Wälzlager einerseits dadurch, dass die Wellenscheiben 308 bzw. 310 nicht auf dem Lagerinnenring 302, sondern wie dieser selbst auf dem als Achse ausgebildeten zweiten Bauteil 303 angeordnet sind. Die Dichtungsringe 340 bzw. 342 liegen demnach ebenfalls direkt an diesem zweiten Bauteil 303 an. Zusätzlich sind wie beim Wälzlager gemäß der 2 Dichtungsringe 344 bzw. 346 vorgesehen, welche eine Abdichtung zwischen den Wellenscheiben 308, 310 und zugeordneten Flächen der mit dem zweiten Bauteil 303 verbundenen Anschlussstruktur 303 gewährleisten.

2: Lagerinnenring
3: Zweites Bauteil, Anschlussstruktur
4: Lageraußenring
6: Erstes Bauteil
8: Wellenscheibe
10: Wellenscheibe
12: Erste Axialrichtung
14: Zweite Axialrichtung
16: Wälzkörperreihe
17: Radiallager
18: Borde
20: Borde
22: Wälzkörperreihe
23: Axiallager
24: Wälzkörperreihe
26: Wälzkörperreihe
27: Axiallager
28: Wälzkörperreihe
30: Lagerachse
32: Innenumfangsfläche
34: Innenumfangsfläche
36: Axialfläche
38: Axialfläche
40: Dichtungsring
42: Dichtungsring
103: Zweites Bauteil, Anschlussstruktur
108: Wellenscheibe
110: Wellenscheibe
136: Axialfläche
138: Axialfläche
140: Dichtungsring
142: Dichtungsring
144: Dichtungsring
146: Dichtungsring
148: Mittellinie
202: Lagerinnenring
216: Wälzkörperreihe
217: Wälzkörperreihe
219: Laufbahn
221: Laufbahn
223: Radiallager
302: Lagerinnenring
303: Zweites Bauteil, Anschlussstruktur
306: Erstes Bauteil
308: Wellenscheibe
310: Wellenscheibe
340: Dichtungsring
342: Dichtungsring
344: Dichtungsring
346: Dichtungsring

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102007012408 A1 [0003]

Claims

Wälzlager für eine Radialkräfte, Axialkräfte und Kippmomente aufnehmende Drehlagerung eines Bauteils an einem anderen Bauteil, umfassend mehrere zwischen einem mit einem ersten der Bauteile verbundenen Lageraußenring und einem mit dem zweiten Bauteil verbundenen Lagerinnenring angeordnete Wälzkörperreihen, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Lageraußenring (4) und dem Lagerinnenring (2) wenigstens eine ein Radiallager (17) bildende Wälzkörperreihe (16) angeordnet ist, und dass auf dem Lagerinnenring (2) bzw. einem diesen aufnehmenden zweiten Bauteil (3) mit einer radialen Spielpassung zwei zueinander beabstandete Wellenscheiben (8, 10) angeordnet sind, deren erste (8) sich in einer ersten Axialrichtung (12) und deren zweite (10) sich in der zweiten Axialrichtung (14) am zweiten Bauteil (3) bzw. einer mit diesem verbundenen Anschlussstruktur (3) abstützt, wobei zwischen der ersten Wellenscheibe (8) und dem Lageraußenring (4) wenigstens eine ein in der ersten Axialrichtung (12) wirksames Axiallager (23) bildende Wälzkörperreihe (22, 24) sowie zwischen der zweiten Wellenscheibe (10) und dem Lageraußenring (4) wenigstens eine ein in der zweiten Axialrichtung (14) wirksames Axiallager (27) bildende Wälzkörperreihe (26, 28) angeordnet ist.
Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Radiallager (17) als ein- oder mehrreihiges Zylinderrollenlager ausgebildet ist.
Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Radiallager (223) als ein- oder mehrreihiges Kugellager ausgebildet ist.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Radiallager (17; 223) als Loslager ausgebildet ist.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Axiallager jeweils als ein- oder mehrreihige Axialkugellager ausgebildet sind.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Axiallager (23, 27) jeweils als ein- oder mehrreihige Schrägkugellager ausgebildet sind.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenscheiben (8, 10) sich an der zugeordneten Anschlussstruktur (3) und an dem Lagerinnenring (2) jeweils über ballige Flächen abstützen.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Wellenscheiben (8, 10) und der zugeordneten Anschlussstruktur (3) einerseits sowie dem Lagerinnenring (2) andererseits jeweils zur Lagerachse (30) konzentrische Dichtungsringe (40, 42) angeordnet sind.