DE102009016162A1

DE102009016162A1 - Wälzlagerkäfiganordnung

Info

Publication number: DE102009016162A1
Application number: DE102009016162A
Authority: DE
Inventors: Uli Grosskopf; Dieter Jauernig
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-04-03
Filing date: 2009-04-03
Publication date: 2010-10-07
Also published as: WO2010112432A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wälzlagerkäfiganordnung in einem Wälzlager (1, 2, 3) mit seitlichen Abdichtungen (12) und mit Durchflusskanälen (10), die gegenüber einem Lagerinnenraum (17) mit in Käfigen (6) geführten Wälzkörpern (3) abgedichtet geführt sind. Gemäß der Erfindung wird vorgesehen, dass das Wälzlager (1, 2, 3) mindestens zweireihig mit geteilten Innenringen (1) und/oder Außenringen (2) ausgebildet ist, dass im Innenraum (17) des Wälzlagers (1, 2, 3) wenigstens zwei ungeteilte Fensterkäfige (6) für die Wälzkörper (3) und je eine Abdichtung (12) im Bereich der Stirnseiten (18) des Wälzlagers (1, 2, 3) angeordnet sind, wobei die Fensterkäfige (6) sowie die Abdichtungen (12) ineinandergreifende, axial hervortretende Verbindungsnocken (9) und komplementäre Vertiefungen (11) zur drehfesten Verbindung der Fensterkäfige (6) untereinander und der Abdichtungen (12) aufweisen, und dass die Durchflusskanäle (10) durch die Verbindungsnocken (9) und die komplementären Vertiefungen (11) verlaufen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Wälzlagerkäfiganordnung in einem Wälzlager mit seitlichen Abdichtungen und mit Durchflusskanälen, die gegenüber einem Lagerinnenraum mit in Käfigen geführten Wälzkörpern abgedichtet geführt sind.
Hintergrund der Erfindung
In der DE 10 2007 031 595 A1 ist ein Wälzlager mit einem Lagerkäfig für Wälzkörper beschrieben, bei dem ein zweiteiliger Lagerkäfig einen Korpus mit Aufnahmen für Wälzkörper bildet. Das Wälzlager ist so ausgebildet, dass es bei Einbausituationen in einem flüssigen oder gasförmigen Medium für dieses Medium einen geringen Strömungswiderstand bietet sowie einen Druckausgleich ermöglicht, was dadurch gelöst ist, dass der Korpus des Lagerkäfigs Kanäle aufweist, die erste Öffnungen in einer ersten Stirnseite des Korpus und zweite Öffnungen in einer zweiten Stirnseite des Korpus verbinden. Der Innenraum dieses Wälzlagers mit den in den Käfigen geführten Wälzkörpern ist gegenüber den Kanälen und an den Stirnseiten abgedichtet. Zwei oder mehr derarti ge, mit Kanälen und Abdichtungen versehene Wälzlager sind insbesondere für Bohrköpfe von Tiefbohranlagen vorgesehen, um deren Lebensdauer zu verlängern. Die Eintrittsöffnungen eines Wälzlagers können an den Austrittsöffnungen eines weiteren Wälzlagers angeordnet sein, ohne dass allerdings angegeben ist, wie diese Position im Betrieb aufrechterhalten werden soll.
In der DE 601 04 748 T2 ist ein Kugellagerkäfig beschrieben, mit einer vorderen Fläche mit Kugelaufnahmen für eine Reihe von Kugeln und mit einer hinteren Fläche, die einen ringförmigen Körper aufweist, der mit Vorsprüngen versehen ist, die ineinander greifend die relative Positionierung zu einem zweiten Käfig vom gleichen Typ, der mit dem ersten Käfig verzahnt ist, ermöglichen, aufweist. Die hintere Fläche des ringförmigen Körpers weist Halteklipse auf, die jeweils zwei gleichartige Käfige miteinander verklipsen. Im Bereich von Stirnflächen des Kugellagers sind Abdichtungen angeordnet. Diesem bekannten Kugellagerkäfig liegt die Überlegung zugrunde, die Form des Kugellagerkäfigs zum Aufnehmen eines Maximums an Kugeln zu optimieren, wobei eine ausreichenden Steifigkeit, um den Halt der Kugeln während der Montage- und Betriebsphasen unter Belastung des Lagers sicherzustellen, gewährleistet sein soll.
Aufgabe der Erfindung
Gegenüber diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Wälzlagerkäfiganordnung zu schaffen, die ein im wesentlichen geradliniges Durchströmen mit möglichst geringem Durchflusswiderstand des Wälzlagers in Axialrichtung durch ein Fluid zulässt, ohne dass dieses Fluid in den Bereich der Wälzkörper gelangt.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einer Wälzlagerkäfiganordnung in einem Wälzlager mit seitlichen Abdichtungen und mit Durchflusskanälen, die gegenüber einem Lagerinnenraum mit in Käfigen geführten Wälzkörpern abgedichtet geführt sind. Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist vorgesehen, dass das Wälzlager mindestens zweireihig mit geteilten Innenringen und/oder Außenringen ausgebildet ist, dass im Innenraum des Wälzlagers wenigstens zwei ungeteilte Fensterkäfige für die Wälzkörper und je eine Abdichtung im Bereich der Stirnseiten des Wälzlagers angeordnet sind, wobei die Fensterkäfige sowie die Abdichtungen ineinander greifende, axial hervortretende Verbindungsnocken und komplementäre Vertiefungen zur drehfesten Verbindung der Fensterkäfige untereinander und der Abdichtungen aufweisen, und dass die Durchflusskanäle durch die Verbindungsnocken und die komplementären Vertiefungen verlaufen.
Durch diese Anordnung von wenigstens zwei ungeteilten Fensterkäfigen in einem wenigstens zweireihigen Wälzlager mit geteilten Innenringen und/oder Außenringen lassen sich diese Fensterkäfige drehfest gegeneinander positionieren, so dass die durch die Verbindungsnocken und die komplementären Vertiefungen verlaufenden Durchflusskanäle über die ganze axiale Länge des Wälzlagers unverdrehbar miteinander fluchten und die Durchflusskanäle den geringstmöglichen Durchflusswiderstand aufweisen.
Des Weiteren bietet die Erfindung die vorteilhafte Möglichkeit, nur je eine Abdichtung im Bereich der beiden Stirnseiten des Wälzlagers anzuordnen, unabhängig davon, wie viel reihig das Wälzlager ist, und trotzdem eine sichere Abdichtung des Lagerinnenraums gegenüber dem die Durchflusskanäle durchströmenden Fluid zu erreichen, so dass auch keine mit dem Fluid transportierten Feststoffe in den Lagerinnenraum gelangen können, die zu einer schnellen Zerstörung des Wälzlagers führen.
Gegenüber dem aus der DE 601 04 748 T2 bekannten Kugellagerkäfig geht die Erfindung von der Überlegung aus, dass es bei Wälzlagern, bei denen es nicht auf die Unterbringung eines Maximums an Kugeln ankommt, ausreichend Platz zwischen den Wälzkörpern gibt, wo sich die Durchflusskanäle anordnen lassen, so dass das Fluid durch diese Durchflusskanäle in den Abdichtungen und den Fensterkäfigen hindurchfließen kann, ohne in den Raum für die Wälzkörper im Wälzlager zu gelangen und ohne das Schmiermittel für die Wälzköper zu kontaminieren.
Die genanten Verbindungsnocken können auf einer Seite der Fensterkäfige sowie der Abdichtungen axial hervorstehen, sich konisch verjüngen und mit diesen konischen Verjüngungen in komplementäre konische Erweiterungen der Durchflusskanäle in benachbarten Fensterkäfigen und Abdichtungen einsteckbar sein, wobei bevorzugt auf jeder Seite der Fensterkäfige und auf einer Seite der Abdichtungen umfangsbezogen abwechselnd jeweils Verbindungsnocken und konische Erweiterungen in regelmäßigen Abständen angeordnet sind, so dass jeweils nur eine Sorte Fensterkäfige und eine Sorte Abdichtungen für ein mehrreihiges Wälzlager erforderlich sind, welches deren Herstellkosten reduziert.
Um zu verhindern, dass sich die konischen Verjüngungen der Verbindungsnocken von den komplementären konischen Erweiterungen der Durchflusskanäle in axialer Richtung lösen, sind die Abdichtungen bevorzugt mit einem Innenring und/oder einem Außenring des Wälzlagers verrastbar ausgebildet, welches sich dadurch bewerkstelligen lässt, dass die Abdichtungen gleichmäßig auf dem Umfang verteilte elastische Schnapphaken aufweisen, die in Umfangsnuten des Innenrings und/oder des Außenrings einrastbar sind.
Diese Schnapphaken befinden sich in Freiräumen zwischen den Durchflusskanälen, die ein radiales Zurückweichen der Schnapphaken beim Einschieben in Richtung der Umfangsnuten zulassen.
Zur Abdichtung gegenüber dem Innenring und dem Außenring des Wälzlagers besteht die Abdichtung vorzugsweise aus einem im Zwischenraum zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordneten Ring mit den Verbindungsnocken, den Durchflusskanälen und den Schnapphaken, der in Richtung der Stirnseite eines Wälzlagers radiale Flansche aufweist, die in Freischnitte am Innenring und am Außenring hineinragen. Diese Flansche können berührungslos eine Labyrinthdichtung bilden, liegen jedoch vorzugsweise dichtend an Radialflächen der Freischnitte am Innenring und am Außenring an, um ein Ein dringen des durch die Durchflusskanäle geleiteten Fluids in das Wälzlager mit Sicherheit zu verhindern.
Zusätzlich oder anstelle der in Umfangsnuten des Innenrings und/oder des Außenrings einrastbaren Schnapphaken können die Fensterkäfige untereinander und mit den Abdichtungen mittels Rastnasen im Umfangsbereich zwischen den Durchflusskanälen und/oder mittels Rastvorsprüngen und Rastvertiefungen an den konischen Verjüngungen und den konischen Erweiterungen gegenseitig verrastbar sein.
Diese Rastvorsprünge und Rastvertiefungen bzw. Rastnasen und auch die Schnapphaken lassen sich in bekannter Weise einfach in eine Spritzgießform zum Herstellen von Fensterkäfigen aus Kunststoff integrieren.
Ein besonderes Anwendungsgebiet für Wälzlager mit Durchflusskanälen sind Bohrkopfwälzlager in mehrteiliger Ausführung, durch die sich das Bohrspül- und Bohrkühlmittel zum Bohrkopf leiten lässt, ohne in den Bereich der Wälzkörper in den Wälzlagern zu gelangen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine Schnittansicht eines mehrreihigen Wälzlagers für einen Bohrkopf,
2 einen Schnitt durch das Wälzlager gemäß 1 in der Ebene der Durchflusskanäle,
3 eine perspektivische Teilansicht eines erfindungsgemäßen Fensterkäfigs,
4 eine perspektivische Teilansicht einer stirnseitigen Dichtung,
5 eine perspektivische Schnittansicht eines Wälzlagers in der Ebene eines Durchflusskanals, und
6 eine perspektivische Schnittansicht eines Wälzlagers in der Ebene von Schnapphaken an der Abdichtung.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Das mehrreihige Axialkugellager für einen Bohrkopf besteht aus einer Reihe von axial hintereinander angeordneten Innenringen 1 und Außenringen 2 sowie beispielsweise als Kugeln ausgebildeten Wälzkörpern 3. Die Wälzkörper 3 werden durch Fensterkäfige 6 aus Kunststoff geführt, und die ersten und letzten Lagerringe 1, 2 sind an ihren Stirnseiten 18 durch Abdichtungen 12 verschlossen.
Jeder Fensterkäfig 6 weist gleichmäßig auf dem Umfang verteilte Wälzkörperaufnahmen 7 auf, in denen die Kugeln 3 durch elastische Vorsprünge 8 gehalten werden und die es erlauben, die Kugeln 3 vor der Wälzlagermontage in die Wälzkörperaufnahmen 7 einzuschnappen, worin sie dann mit Spiel aber unverlierbar gehalten werden.
In den Bereichen zwischen den Wälzkörperaufnahmen 7 sind Durchflusskanäle 10 angeordnet, die auf jeder Seite des Fensterkäfigs 6 abwechselnd in konischen, axial hervorstehenden Verbindungsnocken 9 und als Nockenaufnahmen dienenden konischen Erweiterungen 11 enden. Aus 2 ergibt sich, wie die Fensterkäfige 6 durch Einstecken der konischen Verbindungsnocken 9 in die konischen Erweiterungen 11 miteinander verbunden werden, so dass durch das mehrreihige Wälzlager verlaufende Durchflusskanäle 10 entstehen.
Den fluiddichten Abschluss des mehrreihigen Wälzlagers bilden die Abdichtungen 12, die ebenfalls als Kunststoffspritzgussteil hergestellt sind und aus einem Ring 13, radial abstehenden Flanschen 14 und in Freiräumen 16 angeordneten Schnapphaken 15 bestehen. Diese Abdichtungen 12 weisen gleichartige Durchflusskanäle 10 auf, welche abwechselnd in einem axial hervorste henden Verbindungsnocken 9, der konisch zuläuft, und einer konischen Erweiterung 11, die als Nockenaufnahme dient, enden. Wie aus 5 ersichtlich ist, werden die Abdichtungen 12 in gleicher Weise mit den Fensterkäfigen 6 zusammengesteckt, wie die Fensterkäfige 6 untereinander zusammengesteckt werden.
Die radialen Flansche 14 ragen in Freischnitte 5 des Innenrings 1 und des Außenrings 2 hinein und liegen vorzugsweise dichtend an radialen Endflächen der Freischnitte 5 an.
Am dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Fensterkäfige 6 in der beschriebenen Weise untereinander und mit den Abdichtungen 12 zusammengesteckt, wobei die Abdichtungen 12 mittels der in eine Umfangsnut 4 des Außenrings 2 eingreifenden Schnapphaken 15 in axialer Richtung festgelegt sind. Auf diese Weise ist der Zusammenhalt der Fensterkäfige 6 und der Abdichtungen 12 gesichert, und ein durch die Durchflusskanäle 10 geleitetes Fluid kann nicht in die Bereiche der Kugeln 3 gelangen sowie dort das Schmiermittel kontaminieren. Dies ist besonders vorteilhaft und wichtig bei dem Verwendungszweck von Wälzlagern in Bohrköpfen von Tiefbohranlagen, die mit der erfindungsgemäßen Wälzlagerkäfiganordnung versehen sind, weil dadurch die Standzeit von Bohrkopflagern in mehrteiliger Ausführung ganz erheblich erhöht wird. Bisher war es nämlich üblich, die Bohrflüssigkeit durch das Bohrkopflager hindurch zum Bohrkopf zu leiten. Da diese Bohrflüssigkeit im Umlauf eingesetzt wird, d. h. die aus dem Bohrloch austretende, mit Bohrschutt vermischte Bohrflüssigkeit wird gefiltert und wieder in das Bohrloch gepumpt, kann diese Bohrflüssigkeit keine ausreichende Schmierung des Bohrkopflagers bewirken, sondern führt aufgrund der darin enthaltenen Feststoffe zu einem hohen Verschleiß derartiger Bohrkopflager.
Dieser Nachteil wird mit dem erfindungsgemäßen Wälzlagerkäfiganordnung vollständig vermieden, da das durch die Durchflusskanäle 10 geleitete Fluid nicht in den Bereich der Wälzkörper 3 gelangt und somit die Schmierung des Wälzlagers von dem durch das Wälzlager geleiteten Fluid vollständig getrennt ist.
Es ist einleuchtend, dass es auf das Material für den Fensterkäfig nicht ankommt. Dieser kann vorzugsweise aus Kunststoff bestehen, da er sich in diesem Fall sehr einfach durch Spritzgießen herstellen lässt, jedoch kann er auch als Messingkäfig gestaltet sein, oder aus einem anderen geeigneten Material, das sich wirtschaftlich in der angegebenen Weise herstellen lässt, bestehen.

1: Innenring
2: Außenring
3: Wälzkörper, Kugel
4: Umfangsnut
5: Freischnitte
6: Fensterkäfig
7: Wälzkörperaufnahme
8: Elastische Vorsprünge
9: Konische Verbindungsnocken
10: Durchflusskanäle
11: Konische Erweiterungen, Nockenaufnahmen
12: Abdichtung
13: Ring
14: Flansch
15: Schnapphaken
16: Freiräume
17: Lagerinnenraum
18: Stirnseiten

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102007031595 A1 [0002]
- DE 60104748 T2 [0003, 0008]

Claims

Wälzlagerkäfiganordnung in einem Wälzlager (1, 2, 3) mit seitlichen Abdichtungen (12) und mit Durchflusskanälen (10), die gegenüber einem Lagerinnenraum (17) mit in Käfigen (6) geführten Wälzkörpern (3) abgedichtet geführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (1, 2, 3) mindestens zweireihig mit geteilten Innenringen (1) und/oder Außenringen (2) ausgebildet ist, dass im Innenraum (17) des Wälzlagers (1, 2, 3) wenigstens zwei ungeteilte Fensterkäfige (6) für die Wälzkörper (3) und je eine Abdichtung (12) im Bereich der Stirnseiten (18) des Wälzlagers (1, 2, 3) angeordnet sind, wobei die Fensterkäfige (6) sowie die Abdichtungen (12) ineinander greifende, axial hervortretende Verbindungsnocken (9) und komplementäre Vertiefungen (11) zur drehfesten Verbindung der Fensterkäfige (6) untereinander und der Abdichtungen (12) aufweisen, und dass die Durchflusskanäle (10) durch die Verbindungsnocken (9) und die komplementären Vertiefungen (11) verlaufen.
Wälzlagerkäfiganordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsnocken (9) auf wenigstens einer Seite der Fensterkäfige (6) und Abdichtungen (12) axial hervorstehen, sich konisch verjüngen und mit diesen konischen Verjüngungen in komplementäre konische Erweiterungen (11) der Durchflusskanäle (10) in benachbarten Fensterkäfigen (6) und Abdichtungen (12) einsteckbar sind.
Wälzlagerkäfiganordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf jeder Seite der Fensterkäfige (6) und auf einer Seite der Abdichtung (12) abwechselnd jeweils Verbindungsnocken (9) und konische Erweiterungen (11) in regelmäßigen Abständen angeordnet sind.
Wälzlagerkäfiganordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtungen (12) mit einem Innenring (1) und/oder einem Außenring (2) des Wälzlagers verrastbar sind.
Wälzlageranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtungen (12) gleichmäßig auf dem Umfang verteilte elastische Schnapphaken (15) aufweisen, die in Umfangsnuten (4) des Innenrings (1) und/oder des Außenrings (2) einrastbar sind.
Wälzlagerkäfiganordnung Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnapphaken (15) in Freiräumen (16) zwischen den Durchflusskanälen (10) angeordnet sind.
Wälzlagerkäfiganordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtungen (12) aus einem im Zwischenraum zwischen einem Innenring (1) und einem Außenring (2) angeordneten Ring (13) mit den Verbindungsnocken (9), den Durchflusskanälen (10) und den Schnapphaken (15) besteht sowie in Richtung der Außenseite eines Wälzlagers (1, 2, 3) radiale Flansche (14) aufweist, die in Freischnitte (5) am Innenring (1) und am Außenring (2) hineinragen.
Wälzlagerkäfiganordnung Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Flansche (14) dichtend an Radialflächen der Freischnitte (5) am Innenring (1) und am Außenring (2) anliegen.
Wälzlagerkäfiganordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fensterkäfige (6) untereinander und mit den Abdichtungen (12) mittels Rastnasen zwischen den Durchflusskanälen (10) und/oder Rastvorsprüngen und Rastvertiefungen an den konischen Verjüngungen (9) und den konischen Erweiterungen (11) gegenseitig verrastbar sind.
Wälzlagerkäfiganordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zu Verwendung in Bohrkopfwälzlagern in mehrteiliger Ausführung.