DE102009051858A1

DE102009051858A1 - Wälzlager

Info

Publication number: DE102009051858A1
Application number: DE102009051858A
Authority: DE
Inventors: Felix Ertl
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-11-04
Filing date: 2009-11-04
Publication date: 2011-05-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager mit einem äußeren Lagerring (3), einem inneren Lagerring (5) und einer Mehrzahl von Wälzkörpern (9), die zwischen den beiden Lagerringen (3, 5) angeordnet sind, durch einen Lagerkäfig (19) in vorbestimmten Abständen zueinander gehalten werden und an Laufbahnen (11, 13) abrollen, die an den beiden Lagerringen (3, 5) ausgebildet sind, wobei wenigstens einer der Wälzkörper (9) zwei Randabschnitte (21) und einen zwischen diesen Randabschnitten (21) befindlichen Mittelabschnitt (23) aufweist. Zur Lagerung von sehr langen und Temperaturschwankungen ausgesetzten Wellen ist bei diesem Wälzlager vorgesehen, dass der Mittelabschnitt (23) der Wälzkörper (9) die Form eines Kegelstumpfes (25) aufweist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Wälzlager mit einem äußeren Lagerring, einem inneren Lagerring und einer Mehrzahl von Wälzkörpern, die zwischen den beiden Lagerringen angeordnet sind, durch einen Lagerkäfig in vorbestimmten Abständen zueinander gehalten werden und an Laufbahnen abrollen, die an den beiden Lagerringen ausgebildet sind, wobei wenigstens einer der Wälzkörper zwei Randabschnitte und einen zwischen diesen Randabschnitten befindlichen Mittelabschnitt aufweist.
Hintergrund der Erfindung
Wälzlager der eingangs genannten Art sind an sich bekannt. Sie dienen der Lagerung von beweglichen mechanischen Bauelementen, so beispielsweise als Lager für Wellen von Schiffsantrieben. Schiffsantriebe weisen nicht selten sehr lange Antriebswellen auf, die sich aufgrund von Schwankungen der Außentemperatur durchbiegen und axial verschieben können. Die Durchbiegung wie auch die axiale Verschiebung der Welle erfordern eine Winkeleinstellbarkeit der Lager. Zu den die Winkeleinstellbarkeit der Lager bestimmenden Parametern zählt unter anderem die Form der Wälzkörper. Aus dem Stand der Technik sind demgemäß verschiedene geometrische Formen der Wälzkörper bekannt.
So zeigt die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2006 039 365 A1 beispielsweise ein Wälzlager, bei dem die Wälzkörper im Wesentlichen die Form eines Zylinders, jedoch mit einer nach außen ballig ausgebildeten Mantelfläche aufweisen. Beim Wälzlager der genannten Druckschrift ist die an dem äußeren Lagerring vorgesehene Laufbahn konkav gewölbt, während die an dem inneren Lagerring vorgesehene Laufbahn im Längsschnitt die Form einer geraden Linie aufweist. Die Funktion des inneren Lagerringes wird durch eine Welle wahrgenommen. Die Wälzkörper berühren die Laufbahn an der Welle an einer Stelle. Außerdem sind die Geometrien der Laufbahn an dem Außenring und an den Wälzkörpern so aufeinander abgestimmt, dass die Wälzkörper die Laufbahn an dem äußeren Lagerring an zwei Stellen berührt, nämlich im Bereich ihrer axialen enden.
Die Schweizer Patentschrift CH 117835 B zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Wälzlagers, bei dem die Wälzkörper jeweils zwei Randabschnitte und einen zwischen den Randabschnitten befindlichen Mittelabschnitt aufweisen. Die Randabschnitte sind jeweils nach außen ballig ausgebildet, während der Mittelabschnitt die Form eines Zylinders aufweist. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel des Wälzlagers sind die an den beiden Lagerringen vorgesehenen Laufbahnen derart ausgebildet, dass die Wälzkörper die an dem inneren Lagerring vorgesehene Laufbahn an einer Stelle berühren, während sie die an dem äußeren Lagerring vorgesehene Laufbahn an zwei Stellen berühren.
Den Wälzlagern aus den beiden genannten Druckschriften ist gemein, dass ihre Formen auf einige wenige beschränkt sind, so dass auf verschiedene durch Durchbiegung und axiale Verschiebung langer Wellen bedingte Anforderungen an die Winkeleinstellbarkeit des Wälzlagers unter Beibehaltung der an nur drei Stellen erfolgenden Berührung zwischen Wälzkörper und Laufbahnen nicht sehr flexibel reagiert werden kann.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Wälzlager der eingangs genannten Art vorzustellen, bei dem auf verschiedene durch Durchbiegung und axiale Verschiebung insbesondere langer Wellen bedingte Anforderungen an die Winkeleinstellbarkeit des Wälzlagers unter Beibehaltung der an nur drei Stellen erfolgenden Berührung zwischen Wälzkörper und Laufbahnen flexibler reagiert werden kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Ausgangspunkt der Erfindung ist gemäß den Merkmalen des Hauptanspruchs ein Wälzlager mit einem äußeren Lagerring, einem inneren Lagerring und einer Mehrzahl von Wälzkörpern, die zwischen den beiden Lagerringen angeordnet sind, durch einen Lagerkäfig in vorbestimmten Abständen zueinander gehalten werden und an Laufbahnen abrollen, die an den beiden Lagerringen ausgebildet sind, wobei wenigstens einer der Wälzkörper zwei Randabschnitte und einen zwischen diesen Randabschnitten befindlichen Mittelabschnitt aufweist. Das Wälzlager zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass der Mittelabschnitt die Form eines Kegelstumpfes aufweist.
Bei dem erfindungsgemäßen Wälzlager erfolgt wie beim beschriebenen Stand der Technik die Berührung zwischen dem Wälzkörper und den Laufbahnen der Lagerringe an drei Stellen, nämlich an einer Stelle des Mittelabschnittes, wo die Berührung zwischen dem Wälzkörper und der Laufbahn an dem inneren Lagerring erfolgt, und an zwei Stellen der beiden Randabschnitte, wo die Berührungen zwischen dem Wälzkörper und der Laufbahn an dem äußeren Lagerring erfolgen. Im Gegensatz zum Stand der Technik weist bei dem erfindungsgemäßen Wälzlager der Mittelabschnitt jedoch die Form eines Kegelstumpfes auf. Bei einem Kegelstumpf tritt als zusätzlicher, die Form bestimmender Parameter, der Steigungswinkel des Mantels auf. Durch Veränderung dieses zusätzlichen Parameters kann mithin flexibler auf verschiedene durch Durchbiegung und axiale Verschiebung insbesondere langer Wellen bedingte Anforderungen an die Winkeleinstellbarkeit des Wälzlagers reagiert werden.
Der als Kegelstumpf ausgebildete Mittelabschnitt wie auch die Randabschnitte des Wälzkörpers können auf verschiedene Arten ausgebildet sein. So ist bei einem Ausführungsbeispiel des Wälzlagers der Mantel des Kegelstumpfes nicht gewölbt, wohingegen er bei einem anderen Ausführungsbeispiel des Wälzlagers nach außen ballig ausgebildet ist. Zudem sind die Randabschnitte des Wälzkörpers bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kegelartig oder kegelstumpfartig ausgebildet, während sie bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung nach außen ballig ausgebildet sind. Die beiden Randabschnitte können, was bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung der Fall ist, in Bezug auf die beiden axialen Seiten des Wälzkörpers auch unterschiedlich ausgebildet sein. Die genannten Ausbildungen des Mittelabschnittes wie auch der Randabschnitte ermöglichen zudem ein flexibles konstruktives Reagieren auf die Anforderungen an die Winkeleinstellbarkeit des Wälzlagers.
Die Wälzkörper mit den vorgenannten Formen können auf verschieden ausgebildeten und kombinierten Laufbahnen abrollen.
Bei einem Ausführungsbeispiel des Wälzlagers weist die an dem äußeren Lagerring vorgesehene Laufbahn im Längsschnitt die Form eines bezüglich des äußeren Lagerringes konkaven Kreisbogens auf, während die an dem inneren Lagerring vorgesehene Laufbahn im Längsschnitt die Form einer geraden Linie aufweist. Letzteres ist beispielsweise dann der Fall, wenn der innere Lagerring die Form eines Zylinders aufweist. Da die von dem Wälzlager gelagerte Welle ebenfalls die Form eines Zylinders aufweist, kann bei diesem Ausführungsbeispiel vorteilhaft auf den inneren Lagerring verzichtet werden, da dessen Funktion von der Welle wahrgenommen wird, was die Anzahl der Bauteile des Wälzlagers und damit das Gewicht desselben verringert.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wälzlagers ist die zu der vorgenannten geometrischen Ausbildung komplementäre geometrische Ausbildung gegeben, das heißt, bei diesem Ausführungsbeispiel weist die an dem äußeren Lagerring vorgesehene Laufbahn im Längsschnitt die Form einer geraden Linie auf, während die an dem inneren Lagerring vorgesehene Laufbahn im Längsschnitt die Form eines bezüglich des inneren Lagerringes konvexen Kreisbogens aufweist.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Wälzlager ein zweireihiges Wälzlager. Bei diesem Ausführungsbeispiel befinden sich zwei Reihen von Wälzkörpern in dem Wälzlager, wobei die Wälzkörper der beiden Reihen symmetrisch bezüglich einer Ebene angeordnet sind, die senkrecht auf einer Welle steht und mittig zwischen den beiden Reihen von Wälzkörpern angeordnet ist. Diese Ausgestaltung ermöglicht ein flexibles Reagieren auf Anforderungen an die Winkeleinstellbarkeit auch bei einem zweireihigen Wälzlager.
Das erfindungsgemäße Wälzlager kann überall dort vorteilhaft eingesetzt werden, wo lose gepasste Pendelrollenlager und winkeleinstellbare Zylinderrollenlager zur Lagerung langer Wellen Verwendung finden.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird im Folgenden mit einem Ausführungsbeispiel anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt
1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen doppelreihigen Wälzlagers in einer teilweisen Längsschnittsansicht, und
2 einen Ausschnitt aus 1 zur Verdeutlichung der Winkeleinstellbarkeit des Wälzlagers.
Detailbeschreibung der Zeichnung
1 zeigt ein demnach Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wälzlagers 1. Das Wälzlager 1 umfasst einen äußeren Lagerring 3 und einen inneren Lagerring 5. Der innere Lagerring 5 ist beim vorliegenden Ausführungsbeispiel des Wälzlagers 1 identisch mit einer Welle 7, die sich entlang einer Längsachse A erstreckt und von dem Wälzlager 1 getragen wird.
Zwischen dem äußeren Lagerring 3 und dem inneren Lagerring 5 ist eine Mehrzahl von Wälzkörpern 9 angeordnet. Die Wälzkörper 9 rollen jeweils an einer an dem äußeren Lagerring 3 vorgesehenen Laufbahn 11 und an einer an dem inneren Lagerring 5, das heißt der Welle 7, vorgesehenen Laufbahn 13 ab.
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die an dem äußeren Lagerring 3 vorgesehene Laufbahn 11 im Längsschnitt die Form eines bezüglich des äußeren Lagerringes 3 konkaven Kreisbogens 15 auf. Die an dem inneren Lagerring 5, das heißt der Welle 7, vorgesehene Laufbahn 13 weist hingegen im Längsschnitt die Form einer geraden Linie 17 auf.
Es sei angemerkt, dass bei einem anderen Ausführungsbeispiel des Wälzlagers 1 die Laufbahnen 11 und 13 auch eine komplementäre geometrische Ausgestaltung aufweisen können, bei der die an dem äußeren Lagerring 3 vorgesehene Laufbahn 11 im Längsschnitt die Form einer geraden Linie aufweist, während die an dem inneren Lagerring 5 vorgesehene Laufbahn 13 im Längsschnitt die Form einer bezüglich des inneren Lagerringes 5 konvexen Kreisbogens aufweist. Diese Ausgestaltung kann beispielsweise dann verwirklicht werden, wenn der innere Lagerring 5 nicht mit der Welle 7 identisch ist, sondern ein separates Bauteil des Wälzlagers 1 darstellt.
Beim in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel des Wälzlagers 1 sind die Wälzkörper 9 in zwei Reihen angeordnet. In 1 ist die eine Reihe durch den linken Wälzkörper 9 angedeutet, während die andere Reihe durch den rechten Wälzkörper 9 angedeutet ist. Die beiden Wälzkörperreihen sind symmetrisch bezüglich einer in 1 nicht bezeichneten Ebene, die senkrecht auf der Längsachse A der Welle 7 steht und mittig zwischen den beiden Reihen von Wälzkörpern 9 angeordnet ist. Das Wälzlager 1 stellt mithin ein zweireihiges Wälzlager dar.
Die Wälzkörper 9 in den beiden Reihen werden durch einen Lagerkäfig 19 in vorbestimmten Abständen zueinander gehalten, wobei beim beschriebenen Ausführungsbeispiel eines zweireihigen Wälzlagers 1 der Lagerkäfig 19 zudem die beiden Reihen von Wälzkörpern 9 in einem vorbestimmten Abstand zueinander hält.
Jeder der Wälzkörper 9 weist zwei Randabschnitte 21 und einen Mittelabschnitt 23 auf. Der Mittelabschnitt 23 befindet sich zwischen den beiden Randabschnitten 21. In 1 ist die Unterteilung des Wälzkörpers 9 in der linken Reihe von Wälzkörpern in zwei Randabschnitte 21 und einen Mittelabschnitt 23 durch zwei schräg verlaufende Punkt-Strich-Linien angedeutet, die den Mittelabschnitt 23 und den jeweiligen Randabschnitt 21 voneinander trennen.
Der Mittelabschnitt 23 weist die Form eines Kegelstumpfes 25 auf. Der Kegelstumpf 25 weist dabei einen Mantel 27 auf, der nicht gewölbt ist, weshalb er in der Ansicht der 1 mit der Zeichenebene als Schnittebene als gerade Linie dargestellt ist.
Es sei bemerkt, dass der Mantel 27 des Kegelstumpfes 25 bei anderen Ausführungsbeispielen des Wälzlagers 1 auch nach außen ballig ausgebildet sein kann.
Die Randabschnitte 21 des Wälzkörpers 9 sind nach außen ballig ausgebildet, weshalb sie in der Teillängsschnittsansicht von 1 mit der Zeichenebene der 1 als Schnittebene als gewölbte Linien dargestellt sind. Da die Wölbung der beiden Randabschnitte 21 des Wälzkörpers 9 und diejenige der Laufbahn 11 an dem äußeren Lagerring 3 sehr nahe beieinander liegen, sind in der Darstellung von 1 die die ballige Wölbung der Randabschnitte 21 darstellenden Linien und die die Laufbahn 11 an dem äußeren Lagerring 3 darstellende Linie kaum zu unterscheiden.
Bei anderen Ausführungsbeispielen des Wälzlagers 1 können die Randabschnitte 21 des Wälzkörpers 9 auch auf andere Weise, so beispielsweise kegelartig oder kegelstumpfartig, ausgebildet sein. Die Randabschnitte 21 des Wälzkörpers 9 müssen nicht wie beim vorliegenden Ausführungsbeispiel gleich ausgebildet sein, sondern können auch unterschiedliche Ausbildungen aufweisen. So kann bei einem Ausführungsbeispiel der eine Randabschnitt 21 des Wälzkörpers 9 kegelstumpfartig ausgebildet sein, während der andere Randabschnitt 21 nach außen ballig ausgebildet ist.
Das erfindungsgemäße Wälzlager 1 eignet sich besonders zur Lagerung langer Wellen, da es auf eine außentemperaturbedingte axiale Verschiebung und Durchbiegung der Wellen durch seine Winkeleinstellbarkeit flexibel reagieren kann. Dieses Verhalten wird nachstehend anhand der 2 erläutert.
2 zeigt einen Ausschnitt aus dem erfindungsgemäßen Wälzlager 1 von 1. Gleiche Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in 1 bezeichnet.
Wie 2 zeigt, berührt der Wälzkörper 9 die beiden Laufbahnen 11 und 13 an drei Stellen, nämlich an einer Stelle 29, wo der Mittelabschnitt 23 des Wälzkörpers 9 die an dem inneren Lagerring 5, das heißt der Welle 7, vorgesehene Laufbahn 13 berührt, und an zwei Stellen 31, wo die beiden Randabschnitte 21 des Wälzkörpers 9 die an dem äußeren Lagerring 3 vorgesehene Laufbahn 11 berühren. In 2 ist die Stelle 29 mit den beiden Stellen 31 jeweils durch eine Linie verbunden. Die beiden Linien schließen einen Winkel α ein.
Eine axiale Verschiebung der Welle 7 stellt eine Bewegung der Welle 7 entlang der Längsachse A innerhalb des Wälzlagers 1 dar, während eine Durchbiegung der Welle 7 mit einer Bewegung wenigstens eines Teiles der Welle 7 senkrecht zur Längsachse A einhergeht. Die Reaktion des Wälzlagers 1 auf diese beiden Arten von Bewegung besteht in einer Verschiebung der Berührungsstellen 29 und 31 zwischen dem Wälzkörper 9 und den Laufbahnen 13 beziehungsweise 11 entlang der Laufbahnen 11 und 13. Diese Verschiebung geht zumeist mit einer Änderung des Winkels α einher. Das Wälzlager 1 kann je nach Belastung flexibel auf eine axiale Verschiebung und Durchbiegung reagieren und dabei große Lasten übertragen.
Die Ausbildung des Mittelabschnittes 23 des Wälzkörpers 9 als Kegelstumpf 25 bringt als zusätzlichen veränderbaren Parameter den Steigungswinkel des Mantels 27 ein. Durch Veränderung dieses zusätzlichen Parameters kann daher flexibler auf einsatzspezifische Belastungen wie auch verschiedene, durch Durchbiegung und axiale Verschiebung von Wellen bedingte Anforderungen an die Winkeleinstellbarkeit des Wälzlagers reagiert werden.
Bezugszeichenliste

1: Wälzlager
3: Äußerer Lagerring
5: Innerer Lagerring
7: Welle
9: Wälzkörper
11: Laufbahn an dem äußeren Lagerring
13: Laufbahn an dem inneren Lagerring
15: konkaver Kreisbogen
17: Gerade Linie
19: Lagerkäfig
21: Randabschnitt
23: Mittelabschnitt
25: Kegelstumpf
27: Mantel des Kegelstumpfes
29: Stelle einer Berührung
31: Stellen einer Berührung
A: Achse der Welle
α: Winkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006039365 A1 [0003]
CH 117835 B [0004]

Claims

Wälzlager mit einem äußeren Lagerring (3), einem inneren Lagerring (5) und einer Mehrzahl von Wälzkörpern (9), die zwischen den beiden Lagerringen (3, 5) angeordnet sind, durch einen Lagerkäfig (19) in vorbestimmten Abständen zueinander gehalten werden und an Laufbahnen (11, 13) abrollen, die an den beiden Lagerringen (3, 5) ausgebildet sind, wobei wenigstens einer der Wälzkörper (9) zwei Randabschnitte (21) und einen zwischen diesen Randabschnitten (21) befindlichen Mittelabschnitt (23) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelabschnitt (23) der Wälzkörper (9) die Form eines Kegelstumpfes (25) aufweist.
Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (27) des Kegelstumpfes (25) nicht gewölbt ist.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (27) des Kegelstumpfes (25) nach außen ballig ausgebildet ist.
Wälzlager nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Randabschnitte (21) des Wälzkörpers (9) kegelartig oder kegelstumpfartig ausgebildet sind.
Wälzlager nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Randabschnitte (21) des Wälzkörpers (9) nach außen ballig ausgebildet sind.
Wälzlager nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Randabschnitte (21) des Wälzkörpers (9) unterschiedlich ausgebildet sind.
Wälzlager nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die an dem äußeren Lagerring (3) vorgesehene Laufbahn (11) im Längsschnitt die Form eines bezüglich des äußeren Lagerringes (3) konkaven Kreisbogens (15) aufweist.
Wälzlager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die an dem inneren Lagerring (5) vorgesehene Laufbahn (13) im Längsschnitt die Form einer geraden Linie (17) aufweist.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die an dem äußeren Lagerring (3) vorgesehene Laufbahn (11) im Längsschnitt die Form einer geraden Linie aufweist.
Wälzlager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die an dem inneren Lagerring (5) vorgesehene Laufbahn (13) im Längsschnitt die Form eines bezüglich des inneren Lagerringes (5) konvexen Kreisbogens aufweist.
Wälzlager nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (1) als ein zweireihiges Wälzlager (1) ausgebildet ist.