DE102009022206B3

DE102009022206B3 - Lagerung mit einer Brems- und/oder Klemmvorrichtung

Info

Publication number: DE102009022206B3
Application number: DE102009022206A
Authority: DE
Inventors: Frank Dürschmied; Jürgen Hilbinger; Gordana Dr. Michos
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-05-20
Filing date: 2009-05-20
Publication date: 2010-12-02
Anticipated expiration: 2029-05-21

Abstract

Lagerung mit einer Brems- und/oder Klemmvorrichtung, umfassend - einen im Querschnitt U-förmigen ersten Lagerring (4), - einen in den U-förmigen Lagerring (4) eingreifenden zweiten Lagerring (5), - eine Reihe zwischen den Lagerringen (4, 5) angeordneter Radialwälzkörper (6), - zwei Reihen zwischen den Lagerringen (4, 5) angeordneter Axialwälzkörper (7), - ein mit dem zweiten Lagerring (5) verbundenes, direkt am ersten Lagerring (4) angreifendes Klemmelement (3).

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Lagerung, insbesondere Wälzlagerung, welche eine Brems- und/oder Klemmvorrichtung umfasst, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Hintergrund der Erfindung
Eine gattungsgemäße Lagerung mit Brems- und/oder Klemmvorrichtung ist aus der DE 2 106 009 A bekannt. Bei dieser Lagerung soll eine Klemmwirkung durch geeignete Gestaltung eines feststehenden Lagerteils, welchem eine Druckflüssigkeit zugeführt werden kann, erreichbar sein.
Aus der DE 10 2005 056 282 B4 ist eine Brems- und/oder Klemmvorrichtung für Wellen bekannt. Diese Vorrichtung umfasst eine drehstarr an einer Welle befestigte Bremsscheibe sowie einen in einem Vorrichtungsgehäuse angeordneten, mit einem kegelstumpfförmigen Reibbereich der Bremsscheibe zusammenwirkenden Bremskonus.
Eine weitere Klemm- und/oder Bremsvorrichtung ist beispielsweise aus der EP 1 651 881 B1 bekannt. In diesem Fall weist ein mit einem Druckmedium beaufschlagbares Element eine gekrümmte Wandung auf, welche sich bei Veränderung des in dem Medium herrschenden Drucks in der Art eines Kniehebels verformt.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik weiterentwickelte, zuverlässig betreibbare und kompakt aufgebaute, insbesondere für Werkzeugmaschinen geeignete, Anordnung aus einem Lager und einer Brems- und/oder Klemmvorrichtung anzugeben.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine eine Brems- und/oder Klemmvorrichtung umfassende Lagerung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Als Brems- und/oder Klemmvorrichtung wird hierbei eine Vorrichtung verstanden, welche sowohl zum Abbremsen, zumindest aus sehr niedriger Geschwindigkeit, als auch zum Festklemmen eines rotierbaren Teils geeignet ist. Die beanspruchte Vorrichtung umfasst einen im Querschnitt U-förmigen ersten Lagerring sowie einen in den U-förmigen Lagerring eingreifenden zweiten Lagerring, wobei es sich vorzugsweise bei dem ersten Lagerring um einen Innenring und bei dem zweiten Lagerring um einen Außenring handelt. Zwischen den Lagerringen ist eine Reihe Radialwälzkörper, das heißt der Radiallagerung dienender Wälzkörper, angeordnet. Weiter sind zwischen den Lagerringen zwei Reihen Axialwälzkörper, das heißt der Axiallagerung dienender Wälzkörper, angeordnet. Sowohl bei den Radialwälzkörpern als auch bei den Axialwälzkörpern handelt es sich beispielsweise um Zylinderrollen. Erfindungsgemäß ist ein Klemmelement direkt oder indirekt mit dem zweiten Lagerring verbunden und zum unmittelbaren Angriff am ersten Lagerring vorgesehen.
Das Klemmelement hat insgesamt vorzugsweise eine ringförmige, der Geometrie der Lagerringe angepasste Gestalt. Alternativ können mehrere segmentartige, um den Umfang der Lagerung vorzugsweise symmetrisch verteilte Klemmelemente vorgesehen sein. Im Extremfall, insbesondere im Fall lediglich geringer geforderter Bremsmomente und Klemmkräfte, kann ein einziges zwischen den Lagerringen wirkendes Klemmsegment ausreichend sein.
Unabhängig von der Ausgestaltung des ringförmigen Klemmelements beziehungsweise des mindestens einen Klemmsegments ist der erste Lagerring aus einem ersten, im Querschnitt L-förmigen, Laufflächen sowohl für die Radialwälzkörper als auch für eine Reihe Axialwälzkörper bereitstellenden Lagerteil und einem weiteren, Laufflächen ausschließlich für die zweite Reihe Axialwälzkörper bereitstellenden Lagerteil zusammengesetzt. Das Klemmelement greift am letztgenannten Lagerteil an, wobei eine vom Klemmelement auf dieses Lagerteil aufgebrachte Kraft vorzugsweise in radialer Richtung wirkt.
Gemäß einer ersten Ausführungsform arbeitet die Brems- und/oder Klemmvorrichtung der Lagerung fluidbetätigt, das heißt hydraulisch oder pneumatisch. Hierbei bilden einen Druckraum begrenzende Wandungen des Klemmelements eine kissenförmige, flache Struktur, wobei bei Vergrößerung des Fluidvolumens in dem Kissen sich dieses nicht nur verdickt, sondern gleichzeitig derart zusammenzieht, dass der Abstand zwischen gegenüberliegenden Schmalseiten des Kissens geringer wird. Um die Klemmung zu erzielen beziehungsweise aufzuheben, wird vorzugsweise nicht unmittelbar die Verdickung des Kissens, sondern die Veränderung des Abstandes zwischen den Schmalseiten genutzt. Die Wandungen des Klemmelements wirken hierbei als kraftübertragende Elemente in der Art eines Kniehebels. Prinzipiell ist diese Art der fluidbetätigten Klemmung beispielsweise aus der eingangs genannten EP 1 651 881 B1 sowie aus der EP 1 585 616 B1 bekannt.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform ist das Klemmelement der Lagerung als schaltbarer reibschlüssiger Freilauf, nämlich als Klemmrollenfreilauf oder als Klemmkörperfreilauf, ausgebildet. Unter einem Klemmkörperfreilauf wird ein Freilauf verstanden, welcher im Unterschied zu einem Klemmrollenfreilauf nicht mit im Querschnitt kreisförmigen, sondern mit ein von der Kreisform abweichendes, insbesondere tailliertes, Profil aufweisenden Klemmkörpern arbeitet.
Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 in einer vereinfachten Schnittdarstellung ein erstes Ausführungsbeispiel einer Radial-Axial-Wälzlagerung mit einer Brems- und/oder Klemmvorrichtung,
2 in einer Darstellung analog 1 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Radial-Axial-Wälzlagerung mit einer Brems- und/oder Klemmvorrichtung,
3 die Vorrichtung nach 2 in einer weiteren Schnittdarstellung,
4 eine erste Variante einer für die Vorrichtung nach 2 geeigneten Klemmvorrichtung, und
5 eine zweite Variante einer für die Vorrichtung nach 2 geeigneten Klemmvorrichtung.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnete Lagerung ist als Radial-Axial-Wälzlagerung 2 mit einem Klemmelement 3 ausgebildet. Teile der Radial-Axial-Wälzlagerung 2 sind ein im Querschnitt U-förmiger Innenring 4 und ein in das U-Profil des Innenrings 4 eingreifender zweiter Lagerring, nämlich Außenring 5, wobei zwischen den Lagerringen 4, 5 eine Reihe Radialwälz körper 6 sowie zwei Reihen Axialwälzkörper 7 abrollen. Die Bauart der Radial-Axial-Wälzlagerung 2 ist prinzipiell beispielsweise aus der DE 196 40 895 B4 bekannt. In die nicht dargestellter Weise kann die Radial-Axial-Wälzlagerung 2 ebenso wie die aus der DE 196 40 895 B4 bekannte Lagerung eine integrierte Drehzahlmesseinrichtung aufweisen.
Die Lagerung 1 ist in eine nur andeutungsweise dargestellte Werkzeugmaschine 8 eingebaut und dient der Lagerung eines Drehtisches 9 auf einem Maschinengestell 10, wobei der Innenring 4 mit dem Drehtisch 9 und der Außenring 5 mit dem Maschinengestell 10 verschraubt ist. Der Innenring 4 setzt sich zusammen aus einem ersten, im Querschnitt L-förmigen Lagerteil 11 und einem zweiten, im Querschnitt rechteckigen Lagerteil 12. Eine Anzahl jeweils durch beide Lagerteile 11, 12 gesteckter Schrauben 13 ist zur Befestigung des Innenrings 4 am Drehtisch 9 vorgesehen. Die Lagerteile 11, 12 liegen an einer zylindermantelförmigen Wandung 14 des Drehtisches 9 an. Das Lagerteil 12 liegt zusätzlich an einer ringförmigen Oberfläche 15 des Drehtisches an, welche sich in einer zur Drehachse A der Lagerung 1 normalen Ebene befindet und ist damit relativ zum Drehtisch 9 exakt zentriert. Der Außenring 5 kontaktiert in radialer und axialer Richtung eine Innenwandung 16 beziehungsweise eine ringförmige Oberfläche 17 des Maschinengestells 10, an welchem er mit Schrauben 18 befestigt ist. Die Schrauben 18 sind ebenso wie die Schrauben 13 parallel zur Achse A angeordnet. An drei Oberflächen des Außenrings 5 sind Laufflächen 19 für die Wälzkörper 6, 7 gebildet. Gleichzeitig rollen die Wälzkörper 6, 7 auf Laufflächen 20, 21 der Lagerteile 11, 12 ab.
Zusätzlich zum Außenring 5 ist am Maschinengestell 10 das Klemmelement 3 befestigt, welches ebenfalls eine ringförmige Gestalt aufweist. Das Klemmelement 3 ist im selben axialen Bauraum wie das Lagerteil 12 des Innenrings 4 angeordnet. Ein fluidbetätigter Aktor 22 des Klemmelements 3 ist im dargestellten Querschnitt kissen- oder linsenförmig, wobei ein Innenraum 23 des Aktors 22 durch biegsame Wandungen 24 begrenzt ist. Die Wandungen 24 sind im Wesentlichen in einer zur Drehachse A normalen Ebene angeordnet. Ein Aktorring 25 des Klemmelements 3 schließt sich radial innen an den Innen raum 23 des Aktors 22 an und beschreibt eine zylindermantelförmige Kontaktfläche 26, welche zur Außenwandung 27 des Lagerteils 12 parallel ist. Um die Lagerung 1 zu klemmen, das heißt den Innenring 4 relativ zum Außenring 5 zu fixieren, wird durch fluidbetätigte Verformung des Innenraums 3 die Kontaktfläche 26 unmittelbar an die Außenwandung 27 des Innenrings 4 gepresst. Die Brems- und/oder Klemmvorrichtung der Lagerung 1 ist damit sowohl kompakt aufgebaut als auch präzise wirksam.
Im Ausführungsbeispiel nach den 2 und 3 wird anstelle eines fluidbetätigten Klemmelements ein in der Art eines schaltbaren Freilaufs ausgebildetes Klemmelement 3 verwendet. Auch in diesem Fall greift das Klemmelement 3 unmittelbar am Innenring 4 an. Hierbei kontaktieren Klemmteile 28 einerseits zumindest mittelbar den Außenring 5 und andererseits direkt die Außenwandung 27 des Innenrings 4. In der Bauform nach den 2, 3 sind als Klemmteile 28 Klemmrollen 29 vorgesehen. Details dieser Bauform sind in 4 erkennbar. Danach sind am Außenring 5 oder einem mit diesem verbundenen Bauteil Klemmrampen 30 ausgebildet, während die Außenwandung 27 des Innenrings 4 vollständig zylindrisch ist. Die Klemmrollen 29 sind durch einen Käfig 31 geführt und einzeln durch Federn 32 angefedert. Die Schaltung des Klemmelements 3 erfolgt durch ein nicht dargestelltes Schaltelement, mit dem beispielsweise die Geometrie einer im Außenring 5 gehaltenen, die Klemmrampen 30 bildenden Hülse 33 veränderbar ist. Hierbei können mehrere solcher Hülsen 33 oder sonstiger, Klemmrampen 30 aufweisender Bauteile gegeneinander verspannbar sein. Um das als Freilauf ausgebildete Klemmelement 3 zu schalten, kann die Hülse 33 geschlitzt sein. Hinsichtlich des grundsätzlichen Aufbaus einer mit Klemmrollen in der Art eines Rollenfreilaufs arbeitenden schaltbaren Kupplung wird beispielhaft auf die EP 1 038 117 B1 , die eine vollkomplementäre, multidirektionale Kupplung betrifft, verwiesen.
Die Betätigung, das heißt das Lösen oder Fixieren des Klemmelements 3, kann zum Beispiel pneumatisch oder elektromechanisch erfolgen. Dies gilt auch für die abgewandelte Bauform des Klemmelements 3 nach 5, in welcher als Klemmelemente 28 taillierte Klemmkörper 34 verwendet werden. Im Unter schied zu den Klemmrollen 29 der Variante nach 4 sind die Klemmkörper 34 nicht einzeln, sondern durch ein einziges Federband 35 angefedert.
In jeder Ausführungsform nach den 1 bis 5 wird die Klemmkraft in radialer Richtung symmetrisch auf den Drehtisch 9 aufgebracht. Damit ist jegliche Änderung der Position des Drehtisches 9 durch die Klemmung prinzipbedingt ausgeschlossen. In allen Fällen kann das Klemmelement 3 entweder derart gestaltet sein, dass durch Energiezufuhr die Lagerung 1 fixiert wird, oder derart, dass durch Zufuhr von Energie, beispielsweise elektrischem Strom, Druckluft oder Hydrauliköl, die Klemmung der Lagerung 1 aufgehoben wird.

1: Lagerung
2: Radial-Axial-Wälzlagerung
3: Klemmelement
4: Innenring
5: Außenring
6: Radialwälzkörper
7: Axialwälzkörper
8: Werkzeugmaschine
9: Drehtisch
10: Maschinengestell
11: erstes Lagerteil
12: zweites Lagerteil
13: Schraube
14: Wandung
15: Oberfläche
16: Innenwandung
17: Oberfläche
18: Schrauben
19: Lauffläche
20: Lauffläche
21: Lauffläche
22: Aktor
23: Innenraum
24: Wandung
25: Aktorring
26: Kontaktfläche
27: Außenwandung
28: Klemmteil
29: Klemmrolle
30: Klemmrampe
31: Käfig
32: Feder
33: Hülse
34: Klemmkörper
35: Federband
A: Drehachse

Claims

Lagerung mit einer Brems- und/oder Klemmvorrichtung, umfassend – einen im Querschnitt U-förmigen ersten Lagerring (4), – einen in den U-förmigen Lagerring (4) eingreifenden zweiten Lagerring (5), – eine Reihe zwischen den Lagerringen (4, 5) angeordneter Radialwälzkörper (6), – zwei Reihen zwischen den Lagerringen (4, 5) angeordneter Axialwälzkörper (7), – ein mit dem zweiten Lagerring (5) verbundenes, direkt am ersten Lagerring (4) angreifendes Klemmelement (3), dadurch gekennzeichnet, dass der erste Lagerring (4) aus einem ersten, im Querschnitt L-förmigen, sowohl Laufflächen (20) für die Radialwälzkörper (6) als Laufflächen (21) auch für Axialwälzkörper (7) bereitstellenden Lagerteil (11) und einem weiteren, Laufflächen (21) ausschließlich für Axialwälzkörper (7) bereitstellenden, im Querschnitt rechteckigen Lagerteil (12), zusammengesetzt ist, wobei das Klemmelement (3) am weiteren Lagerteil (12) angreift.
Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Wälzkörper (6, 7) Zylinderrollen vorgesehen sind.
Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmelement (3) als fluidbetätigtes Klemmelement ausgebildet ist.
Lagerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmelement (3) als kniehebelartig wirkendes Klemmelement ausgebildet ist.
Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmelement (3) als schaltbarer reibschlüssiger Freilauf ausgebildet ist.
Lagerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmelement (3) als Klemmrollenfreilauf ausgebildet ist.
Lagerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmelement (3) als Klemmkörperfreilauf ausgebildet ist.
Verwendung einer Lagerung nach Anspruch 1 in einer Werkzeugmaschine.