DE102009032700A1

DE102009032700A1 - Lagerring für Schrägrollenlager

Info

Publication number: DE102009032700A1
Application number: DE102009032700A
Authority: DE
Inventors: Oliver Börsch; Rainer Eidloth; Rainer Gebauer; Matthias Gradl; Martin Grehn; Gunther Dr. Herr; Oliver Jung; Hans-Joachim Lange; Armin Necker; Rudolf Schindler; Bruno Dr. Scherb; Hansjürgen Prof. Dr. Linde
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-07-09
Filing date: 2009-07-09
Publication date: 2011-01-13

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Lagerring für ein Schrägrollenlager. Um verbesserte Betriebseigenschaften zu ermöglichen, ist der Lagerring gekennzeichnet durch mindestens ein Federungselement zur Beeinflussung einer Lagerringsteifigkeit.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Lagerring für ein Schrägrollenlager. Derartige Lagerringe können beispielsweise in einem Kegelrollenlager, einem Schrägzylinderrollenlager oder einem Pendelrollenlager eingesetzt werden.
Ein Schrägrollenlager besteht im wesentlichen aus zwei Lagerringen mit jeweils einer bezüglich einer Lagerachse geneigten Laufbahn sowie einer Vielzahl von Wälzkörpern, die auf den Laufbahnen der beiden Lagerringe um die Lagerachse abrollen. Jeder Lagerring stützt sich über mindestens eine – in der Regel zwei – Anlageflächen gegenüber einer Anschlusskonstruktion ab. Die Anlageflächen stellen dabei jene Flächen dar, die während eines bestimmungsgemäßen Betriebs die Anschlusskonstruktion kontaktieren, um Kräfte zu übertragen.
Typischerweise weisen beide Lagerringe einen massiven Korpus auf und stellen Spanbearbeitungsteile dar. Ein Spanbearbeitungsteil weist eine Oberfläche auf, die durch spanende Bearbeitung, z. B. Drehen, gefertigt wurde. Aufgrund ihres massiven Korpus können derartige Lagerringe hohe Kräfte übertragen.
Aus der DE 10 2005 109 482 B4 sind Lagerringe für ein Kegelrollenlager bekannt, die durch Umformung eines bandförmigen Bleches hergestellt wurden und Blechumformteile darstellen. Die Lagerringe der DE 10 2005 109 482 B4 weisen dabei zwar die typische Außengeometrie von Lagerringen für Kegelrollenlager auf. Das umgeformte, bandförmige Blech, das umfänglich verschweißt wurde, stellt jedoch nur eine Außengeometrie dar, so dass der Lagerring einen geschlossenen Hohlraum aufweist.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen gattungsgemäßen Lagerring bereitzustellen, der gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Betriebseigenschaften aufweist. Aufgabe ist weiterhin, ein Schrägrollenlager bereitzustellen, dass gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Betriebseigenschaften aufweist.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Lagerring gemäß dem unabhängigen Anspruch sowie einen Schrägrollenlager gemäß dem unabhängigen Anspruch gelöst.
Demzufolge ist ein gattungsgemäßer Lagerring gekennzeichnet durch mindestens ein Federungselement zur Beeinflussung einer Lagerringsteifigkeit.
Die Lagerringsteifigkeit beschreibt den Zusammenhang zwischen einer auf den Lagerring einwirkenden Kraft und der daraus resultierenden elastischen Verformung des Lagerrings.
Die Erfindung hat erkannt, dass insbesondere bei Schrägrollenlagern durch eine gezielte Beeinflussung der Lagerringsteifigkeit verbesserte Betriebseigenschaften erreicht werden können. So kann beispielsweise durch eine entsprechend gewählte Lagerringsteifigkeit eine höhere Verkippung eines einen erfindungsgemäßen Lagerring aufweisenden Schrägrollenlagers ermöglicht werden.
Bevorzugte Ausführungsformen werden in den Unteransprüchen angegeben.
Gemäß einer ersten Ausführungsform weist der Lagerring eine eine Profilierung aufweisende Wälzkörperlaufbahn auf, wobei die Profilierung derart gestaltet ist, dass bei minimaler Belastung des Lagerrings ein Minimalkontakt mit den Lagerring kontaktierenden Wälzkörpern entsteht und bei maximaler Belastung des Lagerrings ein Maximalkontakt mit den den Lagerring kontaktierenden Wälzkörpern entsteht.
Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis einerseits mindestens ein Federungselement vorzusehen, dass die Lagerringsteifigkeit beeinflusst, und andererseits eine Profilierung der Wälzkörperlaufbahn derart vorzunehmen, dass sich ein Kontakt zwischen der Wälzkörperlaufbahn und die Wälzkörperlaufbahn im Betrieb des Lagerrings kontaktierende Laufflächen von Wälzkörpern mit zunehmender Belastung des Lagerrings vergrößert. Insbesondere soll dieser Kontakt ausgehend von einem Minimalkontakt bei minimaler Belastung bis zu einem Maximalkontakt bei maximaler Belastung anwachsen. Die minimale Belastung entspricht dabei beispielsweise der Belastung des Lagerrings in einem unbelasteten Schrägrollenlager, d. h. im Wesentlichen keiner Belastung oder lediglich einer Vorspannung. Die maximale Belastung entspricht der während des Betriebs des Schrägrollenlagers maximal zu erwartenden Belastung.
Die Erfindung nutzt gemäß der ersten Ausführungsform dabei gezielt das Zusammenspiel zwischen dem mindestens einem Federungselement und der Profilierung aus. So stellt die Profilierung zwar den Kontakt der Wälzkörperlaufbahn mit Laufflächen der Wälzkörper dar und ist somit direkt für die Reibungsverhältnisse verantwortlich. Durch Einsatz eines Federungselements wird erfindungsgemäß jedoch ermöglicht, dass diese Profilierung bei steigender Belastung die gewünschte Veränderung des Kontaktes zwischen Wälzkörperlaufbahn und Lauffläche äußerst direkt und präzise ermöglicht.
Durch die entsprechende Wahl des Federungselements und der Profilierung kann bei bekannter minimaler und maximaler Belastung ein Minimalkontakt ermöglicht werden, der zwar noch ausreichend ist, um die Rollenlagerwälzkörper während des Betriebs durch die Wälzkörperlaufbahn des Lagerrings anzutreiben, d. h. ohne dass Schlupf zwischen dem Lagerring und den Wälzkörpern auftritt. Andererseits kann der Minimalkontakt auf ein Minimum reduziert werden, so dass sich die Reibung während des Betriebs bei minimaler Belastung sehr stark reduziert. Auf der anderen Seite kann ein Maximalkontakt ermöglicht werden, der bei der zu erwartenden maximalen Belastung einen größtmöglichen Kontakt zwischen Lagerring und Wälzkörper darstellt, um eine maximale Tragfähigkeit zu erreichen.
Auch wenn der Kontakt zwischen Lagerring und Wälzkörper bei maximaler Belastung größtmöglich gewählt wird, stellt sich aufgrund des minimalmöglichen Kontaktes bei minimaler Belastung sowie des zwischen diesen beiden extremen Belastungen ebenfalls im Vergleich zu herkömmlichen Lagerringen geringeren Kontaktes eine insgesamt spürbar geringere Reibung während des Betriebs ein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Federungselement durch eine in einer ersten Anlagefläche befindlichen Ausnehmung ausgebildet. Eine derartige Ausnehmung kann die Form einer Nut, einer Hinterschneidung, einer Vertiefung, einer Rücknahme der Anlagefläche, eines Freistiches oder ähnlichem aufweisen. Neben der Beeinflussung der Lagerringsteifigkeit stellt eine solche Ausnehmung auch eine Reduzierung der Querschnittsfläche und somit des Gesamtgewichtes des Lagerrings dar. Insbesondere bei sich schnell drehenden Schrägrollenlagern ist die sich hieraus ergebende Reduzierung des Trägheitsmomentes vorteilhaft. Darüber hinaus ermöglicht eine erfindungsgemäße Ausnehmung ein Einbringen von zusätzlichen Elementen in den Lagerring, ohne dabei seine äußere Gestalt zu vergrößern, wobei diese Elemente auf einfache Weise nach der Herstellung des Lagerrings eingebracht und bei Bedarf ausgetauscht werden können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Federungselement durch eine in einer zweiten Anlagefläche befindlichen Ausnehmung ausgebildet. Die zweite Anlagefläche kann mit der ersten Anlagefläche grundsätzlich jeden beliebigen Winkel einschließen. Vorzugsweise verläuft die erste Anlagefläche senkrecht zu einer Lagerachse und die zweite Anlagefläche konzentrisch zu der Lagerachse. Vorzugsweise stehen die beiden Anlageflächen senkrecht aufeinander; weisen also eine um die Lagerachse umlaufende, gemeinsame Kante auf. Die Wälzkörperlaufbahn, die bei einem Kegelrollenlager oder Schrägzylinderrollenlager mit der Lagerachse einen Winkel einschließt, bildet somit mit den beiden Anlageflächen einen im wesentlichen keilförmigen Lagerring. Vorzugsweise ist in nur einer Anlagefläche mindestens eine Ausnehmung ausgebildet. Durch die andere Anlagefläche kann der Lagerring komplett in einer Anschlusskonstruktion abgestützt werden. Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, das insbesondere bei einer spanenden Bearbeitung des Lagerrings die Bearbeitung vereinfacht wird. So kann die mindestens eine Ausnehmung in einem Arbeitsgang, beispielsweise durch Drehen, in den Lagerring eingearbeitet werden. Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist in jeder Anlagefläche mindestens eine Ausnehmung ausgebildet. Denkbar ist dabei, dass der Lagerring eine einzige Ausnehmung aufweist, die derart positioniert ist – zum Beispiel an einer gemeinsamen Kante beider Anlageflächen – dass diese Ausnehmung in beiden Anlageflächen ausgebildet ist. Denkbar ist auch, dass jede Anlagefläche eine nur in dieser Anlagefläche ausgebildete Ausnehmung aufweist. Denkbar sind selbstverständlich auch Kombinationen hieraus.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind in der ersten Anlagefläche zwei radial und/oder axial beabstandete Ausnehmungen und/oder in der zweiten Anlagefläche zwei radial und/oder axial beabstandete Ausnehmungen ausgebildet Sofern die Anlagefläche mit den zwei Ausnehmungen konzentrisch zur Lagerachse verläuft, weist diese Anlagefläche zwei axial beabstandete Ausnehmungen auf. Falls diese Anlagefläche senkrecht zur Lagerachse verläuft, weist diese Anlagefläche zwei radial beabstandete Ausnehmungen auf. Falls eine erste und eine zweite Anlagefläche jeweils zwei Ausnehmungen aufweisen, ist es insbesondere denkbar, an jeder Anlagefläche eine nur in dieser Anlagefläche ausgebildete Ausnehmung vorzusehen sowie darüber hinaus eine in beiden Anlageflächen ausgebildete Ausnehmung vorzusehen. Das Ausbilden zweier Ausnehmungen in einer Anlagefläche erweist sich als besonders vorteilhaft, um die Steifigkeit des Lagerrings in bestimmten Bereichen gezielt zu variieren. So sind gemäß einer weiteren Ausführungsform die zwei Ausnehmungen an den Endbereichen der ersten Anlagefläche angeordnet. Während der dazwischen liegende Bereich der Anlagefläche somit zur Kraftübertragung zwischen dem Lagerring und einer Anschlusskonstruktion dienen kann, können die beiden Endbereiche bei einer Belastung des Lagerrings einfedern. Dies ermöglicht vorteilhafterweise eine größere Lagerverkippung ohne erhöhte Kantenpressungen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind zwei Ausnehmungen an den Endbereichen der ersten oder zweiten Anlagefläche angeordnet. Alternativ kann gemäß einer weiteren Ausführungsform eine Ausnehmung in einer Schnittdarstellung umfassend eine Lagerachse bezüglich der ersten oder zweiten Anlagefläche mittig positioniert sein. Vorzugsweise stellt die Ausnehmung dabei die einzige Ausnehmung des Lagerrings war und ist in einer konzentrisch zur Lagerachse verlaufenden Anlagefläche ausgebildet. Eine solche Ausnehmung ermöglicht je nach gewählter Größe eine spürbare Veränderung der radialen Steifigkeit des Lagerrings.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform verläuft die erste Anlagefläche konzentrisch zu einer Lagerachse und weist eine Ausnehmung auf, wobei sich die Ausnehmung axial über 50% bis 90% der axialen Wälzkörperlaufbahnerstreckung erstreckt und sich radial über 20% bis 80% der radialen Wälzkörperlaufbahnerstreckung erstreckt. Vorzugsweise erstreckt sich die Ausnehmung axial über 60% bis 70% der axialen Wälzkörperlaufbahnerstreckung. Vorzugsweise erstreckt sich die Ausnehmung radial über 40% bis 50% der radialen Wälzkörperlaufbahnerstreckung. Vorzugsweise handelt es sich bei dieser Ausnehmung um die einzige Ausnehmung des Lagerrings. Der Lagerring weist somit eine verhältnismäßig große Ausnehmung auf, die sich einerseits gut dazu eignet weitere Lagerelemente, wie Unterstützungskörper oder Sensorelemente unterzubringen. Weiterhin eignet sich ein derartiger Lagerring ideal für eine spanlose Fertigung, zum Beispiel durch Blechumformung.
Im Rahmen der Erfindung können grundsätzlich verschiedenartig geformte Ausnehmungen eingesetzt werden. Vorzugsweise verläuft die mindestens eine Ausnehmung dabei komplett um eine Lagerringachse. Denkbar ist jedoch auch, die Ausnehmung umfänglich nur über eine bestimmte Distanz verlaufen zu lassen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Ausnehmung ein im Wesentlichen bogenförmiges, halbkreisförmiges, rechteckiges oder dreieckiges Querschnittsprofil auf. Denkbar sind selbstverständlich auch weitere Querschnittsprofile. Vorzugsweise ist das Querschnittsprofil der mindestens einen Ausnehmung entlang der gesamten Erstreckung der Ausnehmung konstant.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist ein Federungselement ein separat ausgebildeter Einsatz. Dieser Einsatz kann z. B. in eine Ausnehmung des Lagerrings eingebracht werden oder mit einer Stirnseite des Lagerrings form-/kraft- oder stoffschlüssig verbunden werden. Der Einsatz kann dabei bereits bei minimaler Belastung den Lagerring kontaktieren, so dass bereits ab diesem Belastungszustand mit steigender Belastung eine elastische Verformung des Einsatzes resultiert. Denkbar ist auch, den Einsatz mit (Radial-)Spiel zu dem Lagerring anzuordnen. Hierdurch kommt die Beeinflussung der Lagerringsteifigkeit durch den Einsatz erst ab einer bestimmten Belastung zum Tragen, nämlich dann, wenn der Einsatz den Lagerring erstmalig kontaktiert. Möglich ist, dass der Einsatz aus dem gleichen Material besteht wie der Lagerring. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Einsatz jedoch aus einem unterschiedlichem Material als der Lagerring. Dies hat den Vorteil, dass die Beeinflussung der Lagerringsteifigkeit durch gezielte Maerialauswahl noch starker ausfällt. So kann der Einsatz einen Werkstoff mit höherem oder niedrigerem Elastizitätsmodul aufweisen. Denkbar sind Einsätze aus Keramik, Wälzlagerstahl gehärtet oder ungehärtet, Aluminium oder auch Kunststoffe. Der Einsatz kann bündig mit einer Oberfläche des Lagerrings abschließen, d. h. eine Kontaktfläche zu einer Anschlusskonstruktion ausbilden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Profilierung mindestens eine von den beiden axialen Endbereichen der Wälzkörperlaufbahn beabstandete Einschnürung auf. Vorzugsweise läuft die Einschnürung komplett um die Lagerringachse. Während des Betriebs ermöglicht ein derart profilierter Lagerring eine gleichmäßige Kraftübertragung zwischen Außenlaufbahn und Innenlaufbahn. Vorzugsweise weist die mindestens eine Einschnürung ein konstantes Querschnittsprofil auf. Hierdurch wird ebenfalls während des Betriebs eine gleichmäßige Kraftübertragung zwischen Lagerring und Wälzkörpern ermöglicht. Die mindestens eine Einschnürung, die die Form einer Vertiefung, einer Nut, einer Laufflächenrücknahme, einer Einkerbung oder ähnliches aufweisen kann, weist vorzugsweise mit den axialen Endbereichen einen stetigen Übergang auf. Ein derartiger Übergang sorgt dafür, dass mit stetig steigender Belastung eine stetig wachsende Vergrößerung der Kontaktfläche zwischen Wälzkörperlaufbahn und Lauffläche der Wälzkörper resultiert und darüber hinaus keine Kanten mit entsprechenden Spannungsspitzen vorhanden sind. Vorzugsweise verläuft die mindestens eine Einschnürung in der axialen Mitte des Lagerrings. Vorzugsweise ist die mindestens eine Einschnürung konzentrisch zur Lagerringachse ausgebildet. Auch hier wird eine gleichmäßige Kraftübertragung in einem Rollenlager ermöglicht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Wälzkörperlaufbahn axial außerhalb der Einschnürung in einer eine Lagerringachse umfassenden Schnittdarstellung konvexe Abschnitte. Der Lagerring weist somit bei minimaler Belastung Kontaktbereiche außerhalb der Einschnürung auf. Die Kontaktbereiche sind somit durch die mindestens eine Einschnürung axial beabstandet. Im Bereich der mindestens einen Einschnürung weist der Lagerring bei minimaler Belastung keinen Kontaktbereich auf. Die mindestens zwei Kontaktbereiche außerhalb der Einschnürung werden dabei vorzugsweise durch radial hervorstehende und um die Lagerringachse umlaufende Bereiche der Lauffläche gebildet. Vorzugsweise weisen diese Kontaktbereiche nur eine geringe axiale Erstreckung auf. Insbesondere können die beiden Kontaktbereiche im Zustand minimaler Belastung jeweils so genannte Punktkontakte darstellen. Vorzugsweise verschieben sich die Kontaktbereiche mit steigender Belastung des Lagerrings zur Mitte des Lagerrings hin. Vorzugsweise werden die Kontaktbereiche dabei derart verändert, dass aus den punktförmigen Kontaktbereichen bei maximaler Belastung linienförmige Kontaktbereiche werden. Insbesondere kann bei maximaler Belastung nur einen einziger Kontaktbereich resultieren. Dieser Kontaktbereich stellt vorzugsweise einen Linienkontakt, insbesondere in Form eines logarithmischen Profils dar. Um ein logarithmisches Profil bei der zu erwartenden maximalen Belastung zu erreichen, kann die Gestaltung des mindestens einen Federungselements und/oder (optional) die Gestaltung der Profilierung entsprechend gewählt werden. Durch Finite Elemente Simulationen, Berechnungen und/oder Experimente lässt sich die jeweils optimale Gestalt des Lagerrings festlegen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist in der mindestens einen Ausnehmung ein Sensorelement angeordnet. Beispielsweise kann es sich hierbei um Temperatursensoren, Vibrationssensoren, Dehnungsmessstreifen oder ähnliches handeln, wobei derartige Sensorelemente vorzugsweise in einen während des Betriebs feststehenden Lagerring eingebracht werden. Denkbar ist weiterhin dass das Sensorelement durch einen oder mehrere Permanentmagnete gebildet wird, die in einem sich während des Betriebs drehenden Lagerring eingebracht werden können, um über eine entsprechende Auswerteeinheit eine Drehzahlinformation zu ermöglichen. In jedem Fall ermöglicht die erfindungsgemäße Ausnehmung eine äußerst platzsparende und bei Bedarf gegenüber der Umgebung komplett abschirmbare Unterbringung der Sensorelemente. Möglich ist insbesondere die Kombination von Sensorelementen mit einem die Sensorelemente umgebendem Unterstützungskörper. Neben einem Einsatz und Sensorik oder alternativ dazu kann die Ausnehmung auch dazu verwendet werden Schmiermittel zu Schmiermittelöffnungen in den Laufbahnen oder Stirnseiten des Lagerrings zu fördern oder Kühlmittel aufzunehmen, um das Schrägrollenlager zu kühlen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Lagerring ein Blechumformteil. Der Lagerring ist somit einfach aufgebaut, kann kostengünstig aus einem bandförmigen Blech hergestellt werden und weist darüber hinaus ein äußerst geringes Gewicht auf. Eine Blechumformung hat den Vorteil, dass Lagerringe unterschiedlichem Durchmessers einfach und kostengünstig aus dem gleichen Blech geformt werden können. Ein solcher Lagerring ist an einer Fügestelle verbunden, wobei die Fügestelle entweder axial verläuft oder mit einem Winkel zur Lagerachse verläuft. Eine derart schräg verlaufende Fügestelle hat den Vorteil, dass der Einfluss der Fügestelle auf das Abrollen der Wälzkörper minimiert wird. Weiterhin kann im Bereich der Fügestelle eine gewisse radiale Laufbahnrücknahme vorgesehen sein. Die Fügestelle kann durch Schweißen, Löten, Kleben oder ähnliches verbunden sein. Der Lagerring kann wärmebehandelt sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Lagerring ein Spanbearbeitungsteil. Die Herstellung des Lagerrings erfolgt dabei zunächst genauso wie die Herstellung eines herkömmlichen Lagerrings, der ein Spanbearbeitungsteil darstellt. Nachdem der Lagerring seine Grundform aufweist, wird die mindestens eine Ausnehmung durch spanende Bearbeitung, z. B. Drehen, eingearbeitet. Vorteilhafterweise ermöglicht diese Ausführungsform das nachträgliche Bearbeiten standardisierter Lagerringe. Auch kann die Anzahl, Positionierung und Gestaltung der mindestens einen Ausnehmung einfach an unterschiedliche Anwendungen angepasst werden. Der Lagerring besteht gemäß dieser Ausführungsform aus Wälzlagerstahl, vorzugsweise wärmebehandelt.
Ein erfindungsgemäßes Schrägrollenlager umfasst mindestens einen erfindungsgemäßen Lagerring sowie eine Vielzahl von Wälzkörpern, die auf dem Lagerring um eine Lagerachse abrollen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Schrägrollenlagers umfasst das Schrägrollenlager einen Rollenlagerwälzkörper, umfassend einen Korpus mit einer Lauffläche, wobei der Rollenlagerwälzkörper mindestens ein Federungselement zur Beeinflussung einer Wälzkörpersteifigkeit sowie eine Profilierung der Lauffläche aufweist, wobei die Profilierung derart gestaltet ist, dass bei minimaler Belastung des Rollenlagerwälzkörpers ein Minimalkontakt mit den Rollenlagerwälzkörper kontaktierenden Wälzkörperlaufbahnen entsteht und bei maximaler Belastung des Rollenlagerwälzkörpers ein Maximalkontakt mit den den Rollenlagerwälzkörper kontaktierenden Wälzkörperlaufbahnen entsteht.
Vorzugsweise ist das mindestens eine Federungselement des Rollenlagerwälzkörpers eine Bohrung in einer Stirnseite des Rollenlagerwälzkörpers und/oder ein separat ausgebildeter Einsatz, wobei der Einsatz vorzugsweise aus einem unterschiedlichem Material besteht als der Korpus des Rollenlagerwälzkörpers.
Vorzugsweise weist der Rollenlagerwälzkörper zwei Federungselemente auf, wobei die beiden Federungselemente bezüglich einer zu einer Rollenachse senkrecht stehenden Ebene spiegelsymmetrisch oder nicht spiegelsymmetrisch sind.
Vorzugsweise weist die Profilierung des Rollenlagerwälzkörpers mindestens eine von axialen Endbereichen der Lauffläche beabstandete Einschnürung auf. Vorzugsweise umfasst die Lauffläche des Rollenlagerwälzkörpers axial außerhalb der Einschnürung in einer eine Rollenachse umfassenden Schnittdarstellung konvexe Abschnitte. Wahlweise ist die Profilierung bezüglich einer zu einer Rollenachse senkrecht stehenden Ebene spiegelsymmetrisch oder nicht spiegelsymmetrisch. Vorzugsweise wird der Minimalkontakt des Rollenlagerwälzkörpers durch einen oder mehrere Punktkontakte dargestellt und der Maximalkontakt des Rollenlagerwälzkörpers durch einen Linienkontakt dargestellt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden durch die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigen:
1: ein erstes Ausführungsbeispiel,
2: ein zweites Ausführungsbeispiel,
3: ein drittes Ausführungsbeispiel,
4: ein viertes Ausführungsbeispiel,
5: ein fünftes Ausführungsbeispiel,
6: ein sechstes Ausführungsbeispiel, und
7: ein erfindungsgemäßes Schrägrollenlager.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Gleiche oder funktionsgleiche Elemente werden im Folgenden durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Die Ausführungsbeispiele der 1, 3, 5 stellen Lagerringe dar, die als Innenringe eingesetzt werden können, während die Ausführungsbeispiele der 2, 4, 6 Lagerringe darstellen, die als Außenringe eingesetzt werden können und beliebig mit den Ausführungsbeispielen der Innenringe kombiniert werden können. Darüber hinaus können erfindungsgemäße Lagerringe selbstverständlich auch mit herkömmlichen Lagerringen kombiniert werden.
1a) zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dargestellt ist eine schematische Schnittdarstellung einer Hälfte eines erfindungsgemäßen Lagerrings. Der Lagerring 1 stellt einen Innenring eines Schrägrollenlagers dar und weist eine Wälzkörperlaufbahn 2, sowie eine erste Anlagefläche 3 und eine zweite Anlagefläche 4 auf. Die erste Anlagefläche 3 verläuft koaxial zu einer Lagerachse 5; die zweite Anlagefläche 4 verläuft senkrecht zu der Lagerachse 5.
Der Lagerring 1 weist einen Bord 6 auf, wobei der Bord 6 eine Wälzkörperanlauffläche 7 besitzt, mittels derer Stirnseiten nicht dargestellter Wälzkörper kontaktiert werden können.
Im Unterschied zu herkömmlichen Innenringen weist der erfindungsgemäße Lagerring 1 eine Ausnehmung 8 auf, die in die Anlagefläche 3 eingebracht wurde und radial nach außen verläuft. Diese Ausnehmung 8 stellt ein Federungselement dar. Durch die Ausnehmung 8 wird die Anlagefläche 3 in zwei Teilflächen 3' und 3'' unterteilt.
Die Ausnehmung 8 verläuft umfänglich um die Lagerachse 5 mit konstantem Querschnittsprofil. Die beiden um die komplette Lagerachse 5 verlaufenden Teilflächen 3', 3'' weisen demzufolge eine konstante axiale Erstreckung auf.
Der Innenring 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist ein Blechumformteil. Der Lagerring 1 ist demzufolge verhältnismäßig dünnwandig ausgebildet. Insbesondere ist der Anteil der Ausnehmung 8 am Querschnittsprofil des Lagerrings 1 verhältnismäßig groß. So beträgt die axiale Erstreckung der Ausnehmung 8 gegenüber der axialen Erstreckung des gesamten Lagerrings 65%. Die radiale Erstreckung der Ausnehmung 8, d. h. die maximale Tiefe der Ausnehmung 8 gemessen ab der Anlagefläche 3, beträgt gegenüber der radialen Erstreckung des Lagerrings 1, d. h. der Höhe des Lagerrings 1 gemessen von der Anlagefläche 3 bis zur radial äußersten Mantelfläche 9 des Bords 6, 45%. In der Schnittdarstellung gemäß 1a) hat das Querschnittsprofil der Ausnehmung 8 am Querschnittsprofil des verbleibenden Lagerrings 1 einen Anteil von 40%.
Die Ausnehmung 8 ist im Wesentlichen bezüglich der Anlagefläche 3 mittig angeordnet, d. h. die Teilflächen 3', 3'' weisen im Wesentlichen die gleiche axiale Erstreckung auf.
Der Lagerring 1 weist keine weitere Ausnehmung auf. insbesondere kann der Lagerring 1 über die gesamte Anlagefläche 4 eine nicht dargestellte Anschlusskonstruktion kontaktieren.
1b) zeigt den Lagerring 1 gemäß 1a) in Verbindung mit einer Anschlusskonstruktion 10. Die erste Anlagefläche 3 kontaktiert eine erste Auflagefläche 11 und die zweite Anlagefläche 4 kontaktiert eine zweite Auflagefläche 12.
Aufgrund der verhältnismäßig großen Ausnehmung 8 und der Anordnung dieser ermöglicht dieses Ausführungsbeispiel – neben den bereits erwähnten Vorteilen bezüglich Herstellung und Gewicht – eine entscheidende Beeinflussung der Steifigkeit des Lagerrings 1. Beim Abrollen von (nicht dargestellten) Wälzkörpern auf dem Lagerring 1 wird sich die Wälzkörperlaufbahn 2 elastisch verformen können. Die Wälzkörperlaufbahn 2 kann dann, insbesondere bei hoher Belastung, eine günstigere Kontaktierung der Wälzkörper ermöglichen. So weist der Lagerring 1 eine (in der 1 nicht zu erkennende) Balligkeit der Wälzkörperlaufbahn 2 auf. Diese bewirkt beim Abrollen der Wälzkörper in einem nicht bzw. nur geringfügig radial belasteten Zustand einen nur geringen Kontakt zwischen Wälzkörper und Wälzkörperlaufbahn. Entsprechend stellt sich in diesem Betriebszustand nur eine geringe Reibung ein. Mit zunehmender Belastung kann sich die Wälzkörperlaufbahn 2 stetig verformen, um bei der zu erwartenden dauerhaften Betriebsbelastung eine optimale Form für einen Kontakt mit den Wälzkörper aufzuweisen, z. B. ein logarithmisches Profil.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gezeigt ist eine schematische Schnittdarstellung der Hälfte eines Lagerrings 11, der einen Außenring eines Schrägrollenlagers darstellt.
Der Lagerring 11 weist eine Wälzkörperlaufbahn 12, eine erste Anlagefläche 13 sowie eine zweite Anlagefläche 14 auf. Die erste Anlagefläche 13 kontaktiert eine erste Auflagefläche 21 einer Anschlusskonstruktion 15 und besteht wiederum aus zwei Teilflächen 13' und 13''. Die zweite Anlagefläche 14 kontaktiert im unbelasteten Zustand des Lagerrings 11 eine zweite Auflagefläche 22 einer Anschlusskonstruktion 15 nur über einen radial äußeren Bereich des Innenrings 11. Mit zunehmender Belastung vergrößert sich dieser Kontaktbereich, so dass ab einer bestimmten Belastung die Anlagefläche 14 komplett die Auflagefläche 22 kontaktiert.
Der Lagerring 11 ist ein Blechumformteil und weist demzufolge wiederum nahezu konstante Wandstärken auf. Aufgrund der wiederum verhältnismäßig großen Ausnehmung 16, stellt sich auch bei diesem Ausführungsbeispiel eine signifikante Beeinflussung der Steifigkeit des Lagerrings 11 dar.
Vorzugsweise kann der Lagerring 11 zusammen mit dem Lagerring 1 in einem Schrägrollenlager, z. B. einem Kegelrollenlager oder einem Schrägzylinderrollenlager eingesetzt werden.
3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gezeigt ist eine schematische Schnittdarstellung der Hälfte eines Lagerrings 1, der einen Innenring eines Schrägrollenlagers darstellt.
Ein wesentlicher Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist, dass der Lagerring 1 nunmehr zwei Ausnehmungen 8, 17 aufweist. Die erste Ausnehmung 8 befindet sich in einer ersten Anlagefläche 3, bestehend aus Teilflächen 3' und 3''. Die zweite Ausnehmung 17 befindet sich in einer zweiten Anlagefläche 4, bestehend aus Teilflächen 4' und 4''. Die Anlageflächen 3, 4 kontaktieren Auflageflächen 19, 20.
Der Lagerring 1 ist wiederum ein Blechumformteil.
4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gezeigt ist eine schematische Schnittdarstellung der Hälfte eines Lagerrings 11, der einen Außenring eines Schrägrollenlagers darstellt.
Ein wesentlicher Unterschied zum zweiten Ausführungsbeispiel ist, dass der Lagerring 11 zwei Ausnehmungen 16, 18 aufweist. Die erste Ausnehmung 16 befindet sich in einer ersten Anlagefläche 3, bestehend aus Teilflächen 3' und 3''. Die zweite Ausnehmung 18 befindet sich in einer zweiten Anlagefläche 4, bestehend aus Teilflächen 4' und 4''. Die Anlageflächen 3, 4 kontaktieren Auflageflächen 21, 22.
Der Lagerring 11 ist wiederum ein Blechumformteil.
5 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gezeigt ist eine schematische Schnittdarstellung der Hälfte eines Lagerrings 1, der einen Innenring eines Schrägrollenlagers darstellt.
Der Lagerring 1 weist zwei Ausnehmungen 8, 17 auf. Zwar erstrecken sich beide Ausnehmungen 8, 17 von einer ersten Anlagefläche 3 radial nach außen. Die Ausnehmung 17 erstreckt sich jedoch außerdem auch ausgehend von einer zweiten Anlagefläche 4 axial in Richtung des Lagerrings 1. Der Lagerring stützt sich radial über die Anlagefläche 3 gegenüber einer Anschlusskonstruktion 10 ab, wobei diese Anlagefläche 3 von beiden Ausnehmungen 8, 17 axial begrenzt wird. Die Anlagefläche 3 befindest sich axial vollständig innerhalb der Wälzkörperlaufbahn 2, so dass eine gute Kraftübertragung zwischen (nicht dargestellten) Wälzkörpern, Innenring 1 und Anschlusskonstruktion 10 stattfinden kann. Dadurch, dass die Ausnehmungen 8, 17 an den beiden Endbereichen der ersten Anlagefläche 3 ausgebildet sind, kann der Lagerring 1 bei entsprechender Belastung durch Wälzkörper an beiden Endbereichen elastisch einfedern. Dieser Effekt ist durch die beiden Pfeile schematisch dargestellt. Dadurch wird eine erhöhte Verkippung eines Schrägrollenlagers mit diesem Lagerring ermöglicht ohne eine erhöhte Kantenpressung zu riskieren.
Die gesamte Querschnittsfläche der beiden Ausnehmungen 8, 17 nimmt nur einen verhältnismäßig kleinen Teil der Querschnittsfläche des restlichen Lagerrings 1 ein, nämlich 15%. Die Ausnehmungen 8, 17 sind jedoch ausreichend, um die gewünschte Veränderung der Elastizität des Lagerrings 1 zu erreichen.
Der Lagerring 11 ist ein Spanbearbeitungsteil, wobei die Ausnehmungen 8, 17 spanend eingearbeitet wurden.
6 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gezeigt ist eine schematische Schnittdarstellung der Hälfte eines Lagerrings 11, der einen Außenring eines Schrägrollenlagers darstellt.
Der Lagerring 11 weist drei Ausnehmungen 16, 18, 23 auf. Die Ausnehmung 16 erstreckt sich axial von einer zweiten Anlagefläche 4. Die Ausnehmung 23 erstreckt sich sowohl axial ausgehend von der zweiten Anlagefläche 4 als auch radial ausgehend von einer ersten Anlagefläche 3. Die Ausnehmung 16 erstreckt sich radial von der ersten Anlagefläche 3. Die Anlageflächen 3, 4 kontaktieren Auflageflächen 21, 22 einer Anschlusskonstruktion 15.
Die Ausnehmung 23 dient unter anderem dazu eine Gewichtsersparnis zu bewirken und einen Raum für beispielsweise Sensorelemente oder ähnliches zu schaffen.
Die Ausnehmungen 16, 18 hingegen dienen im Wesentlichen dazu, eine Verkippung eines Schrägrollenlagers, umfassend diesen Lagerring 11, derart zu ermöglichen, dass dabei erhöhte Kantenpressungen von Wälzkörpern vermieden werden. Mit zunehmender Belastung können die sich der Wälzkörperlaufbahn 12 zugewandten Enden der Anlageflächen 3, 4 hierfür elastisch verformen, wie durch die Pfeile angedeutet. Im unbelasteten Zustand kontaktiert die Teilfläche 4'' die Anlagefläche 22 nicht.
7 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Hälfte eines erfindungsgemäßen Schrägrollenlagers, umfassend einen Außenring 24, einen Innenring 25 sowie einen Rollenlagerwälzkörper 26. Der Rollenlagerwälzkörper weist eine Einschnürung 27 sowie Bohrungen 28, als Federungselemente, auf.
Bezugszeichenliste

1: Lagerring
2: Wälzkörperlaufbahn
3: Anlagefläche
3': Teilfläche
3'': Teilfläche
4: Anlagefläche
4': Teilfläche
4'': Teilfläche
5: Lagerachse
6: Bord
7: Wälzkörperanlauffläche
8: Ausnehmung
9: Mantelfläche
10: Anschlusskonstruktion
11: Lagerrings
12: Wälzkörperlaufbahn
13: Anlagefläche
14: Anlagefläche
15: Anschlusskonstruktion
16: Ausnehmung
17: Ausnehmung
18: Ausnehmung
19: Auflagefläche
20: Auflagefläche
21: Auflagefläche
22: Auflagefläche
23: Ausnehmung
24: Außenring
25: Innenring
26: Rollenlagerwälzkörper
27: Einschnürung
28: Bohrung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005109482 B4 [0004, 0004]

Claims

Lagerring für ein Schrägrollenlager, gekennzeichnet durch mindestens ein Federungselement zur Beeinflussung einer Lagerringsteifigkeit.
Lagerring nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine eine Profilierung aufweisende Wälzkörperlaufbahn, wobei die Profilierung derart gestaltet ist, dass bei minimaler Belastung des Lagerrings ein Minimalkontakt mit den Lagerring kontaktierenden Wälzkörpern entsteht und bei maximaler Belastung des Lagerrings ein Maximalkontakt mit den den Lagerring kontaktierenden Wälzkörpern entsteht.
Lagerring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Federungselement durch eine in einer ersten Anlagefläche befindlichen Ausnehmung ausgebildet wird.
Lagerring nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Federungselement durch eine in einer zweiten Anlagefläche befindlichen Ausnehmung ausgebildet wird
Lagerring nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Anlagefläche zwei radial und/oder axial beabstandete Ausnehmungen und/oder in der zweiten Anlagefläche zwei radial und/oder axial beabstandete Ausnehmungen ausgebildet sind.
Lagerring nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Ausnehmungen an den Endbereichen der ersten oder zweiten Anlagefläche angeordnet sind.
Lagerring nach einem der Ansprüche 3–6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausnehmung in einer Schnittdarstellung umfassend eine Lagerachse bezüglich der ersten oder zweiten Anlagefläche mittig positioniert ist.
Lagerring nach einem der Ansprüche 3–7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung ein im Wesentlichen bogenförmiges, halbkreisförmiges, rechteckiges oder dreieckiges Querschnittsprofil aufweist.
Lagerring nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Federungselement ein separat ausgebildeter Einsatz ist.
Lagerring nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz aus einem unterschiedlichem Material besteht als der Lagerring.
Lagerring nach einem der Ansprüche 2–10, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilierung mindestens eine von den beiden axialen Endbereichen der Wälzkörperlaufbahn beabstandete Einschnürung aufweist.
Lagerring nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörperlaufbahn axial außerhalb der Einschnürung in einer eine Lagerringachse umfassenden Schnittdarstellung konvexe Abschnitte umfasst.
Lagerring nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerring ein Blechumformteil ist.
Lagerring nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerring ein Spanbearbeitungsteil ist.
Schrägrollenlager, umfassend mindestens einen Lagerring nach einem der vorangegangenen Ansprüche sowie eine Vielzahl von Wälzkörpern, die auf dem Lagerring um eine Lagerachse abrollen.