DE102010034797A1

DE102010034797A1 - Reibungsarmes Rollenlager

Info

Publication number: DE102010034797A1
Application number: DE102010034797A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Zeidlhack
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-08-19
Filing date: 2010-08-19
Publication date: 2012-02-23

Abstract

Rollenlager (1), mit zwei koaxialen Lagerringen (2, 3) sowie einer Vielzahl von zwischen den Lagerringen (2, 3) angeordneten, in einem Käfig (11, 12, 15) geführten Rollen (4), die auf zugehörigen Laufbahnen (7, 8) an den Lagerringen (2, 3) abrollen, mit wenigstens einem Bord (9) an einem der Lagerringe (3) zur Ausleitung von Axialkräften aus den Rollen (4), und mit einem zwischen einer Seite der Rollen (4) und dem wenigstens einen Bord (9) angeordneten, zu den Lagerringen (2, 3) koaxialen Wälzkörperkranz (10). Bei diesem Rollenlager (1) weist der Käfig (11, 12, 15) unter anderem zur Reduzierung der Lagerreibung eine zwischen einer Rollenstirnseite (5) der Rollen (4) und dem Bord (9) angeordnete Seitenscheibe (11) auf, wobei der Wälzkörperkranz (10) zwischen der Seitenscheibe (11) und dem Bord (9) angeordnet ist, und wobei zwischen der der Seitenscheibe (11) zugewandten Rollenstirnseite (5) und der Seitenscheibe (11) ein zu der jeweiligen Rolle (4) koaxialer Wälzkörperkranz (16) angeordnet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein reibungsarmes Rollenlager, mit zwei koaxialen Lagerringen sowie einer Vielzahl von zwischen den Lagerringen angeordneten, in einem Käfig geführten Rollen, die auf zugehörigen Laufbahnen an den Lagerringen abrollen, mit wenigstens einem Bord an einem der Lagerringe zur Ausleitung von Axialkräften aus den Rollen, und mit einem zwischen einer Stirnseite der Rollen und dem wenigstens einen Bord angeordneten, zu den Lagerringen koaxialen Wälzkörperkranz.
Hintergrund der Erfindung
Ein Kegelrollenlager dieser Art ist in der DE 10 2008 046 237 A1 beschrieben. Bei diesem Kegelrollenlager stützen sich die Kegelrollen über koaxiale Kugeln an jeweils einer Bordfläche eines Bordes an dem inneren Lagerring und an dem äußeren Lagerring ab. Die Berührungspunkte der Kugeln an dem inneren Lagerring und an dem äußeren Lagerring liegen auf Geraden in der Verlängerung der Laufbahnen des inneren Lagerrings und des äußeren Lagerrings. Um dieses Kegelrollenlager zusammensetzen zu können, sind zwischen den Laufbahnen des inneren und äußeren Lagerrings sowie den Borden, an denen die Kugeln anlaufen, umlaufende Vertiefungen vorgesehen. Des Weiteren ist die axiale Erstreckung dieses Kegelrollenlagers verhältnismäßig groß, da die Kugeln einen größeren Durchmesser als die Stirnflächen der Kegelrollen mit dem größeren Durchmesser aufweisen müssen.
Ein weiteres reibungsarmes Kegelrollenlager ist in der US 3,128,134 A beschrieben. Bei diesem Kegelrollenlager ist der innere Lagerring mit einem vergrößerten Anlaufbord versehen, der, wie üblich, auf der Seite der Stirnseiten der Kegelrollen mit dem größeren Durchmesser angeordnet ist. Zwischen dem Anlaufbord und den Kegelrollen sind Kugel- oder Kegelrollenkränze angeordnet. Die Kugeln bzw. Kegelrollen dieser Kränze rollen zwischen dem Anlaufbord des inneren Lagerringes und den Kegelrollen des Kegelrollenlagers ab, wenn sich der innere und der äußere Lagerring relativ zueinander drehen. Aufgrund der Anordnung der Kugeln bzw. Kegelrollen in eigenen, mit dem Käfig für die tragenden Kegelrollen verbundenen Käfigen, lässt diese Anordnung keine reine Rollreibung zwischen den tragenden Kegelrollen und dem Anlaufbord zu, so dass zwischen den Kugel- bzw. Kegelrollenkränzen und den tragenden Kegelrollen sowie dem Anlaufbord eine gemischte Roll- und Gleitreibung auftritt.
Dies gilt auch für das in der FR 583.067 A beschriebene einreihige Kegelrollenlager, bei dem sich die tragenden Kegelrollen über eine Seitenscheibe, die Teil eines Käfigs für die Kegelrollen ist, und einen Kugellagerring an einem Bord der Kegellageranordnung abstützen. Die Kegelrollen liegen an einer konvexen Fläche der Seitenscheibe an, wo eine reine Gleitreibung auftritt.
Außerdem ist aus der US 2,398,459 A ein reibungsarmes, doppelreihiges Kegelrollenlager bekannt. Axial zwischen den großen Stirnflächen der Kegelrollen ist ein Zwischenring angeordnet, an dem sich die Kegelrollen über Kugellagerringe abstützen. In den Stirnflächen der Kegelrollen und entsprechenden Seitenflächen des Zwischenrings sind Laufbahnen für die Kugeln der Kugellagerringe eingearbeitet, so dass axiale Kraftkomponenten von der einen Kegelrollenlagerreihe auf die andere Kegelrollenlagerreihe und von dort auf die Lagerringe durch reine Rollreibung übertragen werden. Diese Anordnung ist ausschließlich für doppelreihige Kegelrollenlager in X-Anordnung geeignet. Außerdem ist dieses Lager mit dem Nachteil verbunden, dass die Wälzkörper der beiden Rollenreihen immer gleichmäßig umlaufen müssen. Bei unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten der Wälzkörper kommt es zu unvorteilhaften Querkräften. Sofern die beiden Wälzkörperreihen unterschiedlich große Wälzkörper und/oder Druckwinkel haben, so funktioniert das in dieser Druckschrift vorgestellte Lagerungsprinzip ebenfalls nicht.
Großlager der Bauart Kegelrollenlager und Schräg-Zylinderrollenlager erhalten bauartbedingt unter Radialbelastung aufgrund des Kegelwinkels eine Axialkomponente. Bei Zylinderrollenlagern entsteht die Axialkomponente bei einer kombinierten Radial- und Axialbelastung. Diese Axialkräfte müssen zwischen den Rollenstirnflächen und einem Bord am äußeren oder am inneren Laufring aufgenommen werden. Bei der Drehbewegung des Lagers muss diese Bordbelastung über eine Gleitreibung aufgenommen werden. Dies führt zu höheren, reibungsbedingten Lagertemperaturen führen. Bei kleinen Drehbewegungen und/oder ungünstigen Schmierungsbedingungen kann es daher zu vorzeitigen Beschädigungen und einem Lagerausfall kommen.
Bei sehr großen Lagern mit geringen Drehzahlen, bei denen ungünstige Schmierungsverhältnisse auftreten können, ist es vorteilhaft, wenn es keine Gleitreibung sondern nur Rollreibung geben würde. Wenn eine Gleitreibung ausgeschlossen werden könnte, würde das Lager mit einer geringen Reibung und somit mit einer geringeren Temperatur drehen. Des Weiteren könnten Oberflächenverletzungen und somit vorzeitige Lagerausfälle, ausgelöst durch die Gleitreibung bei ungünstigen Schmierungsbedingungen, vermieden werden.
Aufgabe der Erfindung
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Rollenlager, beispielsweise ein Großlager der Bauarten Kegelrollenlager, Schräg-Zylinderrollenlager und Zylinderrollenlager vorzuschlagen, bei denen zwischen den einzelnen Komponenten des Rollenlagers nur eine reine Rollreibung auftritt.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Lösung dieser Aufgabe besteht bei einem Rollenlager der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß darin, dass der Käfig eine zwischen einer Rollenstirnseite der Rollen und dem Bord angeordnete Seitenscheibe aufweist, dass der Wälzkörperkranz zwischen der Seitenscheibe und dem Bord angeordnet ist, und dass zwischen der der Seitenscheibe zugewandten Rollenstirnseite und der Seitenscheibe ein zu der jeweiligen Rolle koaxialer Wälzkörperkranz angeordnet ist.
Durch die Anordnung der Seitenscheibe, die auf der einen Seite zur Abstützung jeder einzelnen Rolle über einen koaxialen Wälzkörperkranz und zur Abstützung gegenüber dem Bord über den zur Rollenlagerachse koaxialen Wälzkörperkranz dient, werden die Drehkomponenten der Rollen und die ihrer Rollbewegung zwischen den Lagerringen voneinander getrennt und ergeben jeweils eine reine Rollreibung, wodurch die Reibung und Erwärmung des Lagers spürbar reduziert werden. Durch das reibungsärmere Lager wird die Verlustleistung des Lagers gesenkt, so dass sich beispielsweise bei einem erfindungsgemäßen Großwälzlager in einer Windkraftanlage die Energieausbeutung erhöhen lässt. Vorzeitige Lagerausfälle durch Beschädigung an den Rollenstirnflächen und/oder am Bord, hervorgerufen durch die Gleitreibung bei nicht ausreichender Schmierung, sind ausgeschlossen.
Die Wälzkörperkränze zwischen den Rollen und der Seitenscheibe sowie zwischen der Seitenscheibe und dem Bord am Lagerring sind vorzugsweise als Kugel- oder Nadelkränze mit geringer koaxialer Erstreckung ausgebildet, so dass sich die axiale Breite des erfindungsgemäßen Rollenlagers nicht oder nur in geringem Maße erhöht.
Bevorzugt sind die koaxialen Wälzkörperkränze zwischen den jeweiligen Rollen und der Seitenscheibe des Käfigs so angeordnet, dass diese zentrierend wirken, indem entweder in die jeweilige Stirnseite der Rollen und in die Seitenscheibe Laufbahnen für die Wälzkörper der Kugel- oder Nadelkränze angeordnet sind, oder indem die Rollen an ihren Stirnseiten und die Seitenscheibe entsprechende Ansenkungen zur Aufnahme der Lagerringe der als komplette Axialwälzlager ausgebildeten Wälzköperkränze aufweisen.
Der Käfig besteht vorteilhaft aus zwei parallelen, durch Bolzen oder Stege verbundene Seitenscheiben, wobei zumindest zwischen der durchmesserkleineren Seitenscheibe und den Rollen Zentrierelemente angeordnet sind. Bevorzugt ist zwischen beiden Seitenscheiben und den Rollen jeweils ein Zentrierelement angeordnet.
Auf der im Betrieb durch Axialkräfte unbelasteten Seite der Rollen kann das Zentrierelement aus einem an dieser durchmesserkleineren Seitenscheibe befestigten und in Vertiefungen in den Rollen eingreifende Zentrierbolzen bestehen, und es können um die Zentrierbolzen herum oder anstelle der Zentrierbolzen zentrierende Wälzkörperkränze angeordnet sein. Außerdem kann vorgesehen sein, dass die Zentrierelemente als an der durchmessergrößeren Seitenscheibe befestigte Fixierbolzen ausgebildet sind, die zu den Kegelrollen weisen und die dort angeordneten Rollen- oder Nadelkränze drehbar halten.
Um zur Erhöhung der Lagertragfähigkeit möglichst viele Rollen im erfindungsgemäßen Rollenlager anordnen zu können, verlaufen die Verbindungsbolzen oder Verbindungsstege in den der Laufbahn des äußeren Lagerrings benachbarten Lücken zwischen den Rollen, die sich dadurch enger aneinanderrücken lassen.
Wenn die Rollen als Kegelrollen in einem Kegelrollenlager ausgebildet sind, weist vorzugsweise der innere Lagerring einen an seiner den Rollenstirnseiten mit dem großen Durchmesser benachbarten Seite angeordneten Bord auf, der vorzugsweise mit seiner radialen Höhe mindestens die Rollenachsen erreicht. Idealer weise ist dieser Bord radial so hoch, dass er den radial äußeren Rand desjenigen Rollenkranzes überdeckt, welcher zwischen dem jeweiligen Wälzkörper und der durchmessergrößeren Seitenscheibe angeordnet ist. Dadurch würde kein Drehmoment in der durchmessergrößeren Seitenscheibe entstehen.
Der Bord und die Seitenscheiben können ebenfalls Laufbahnen für die Wälzkörper der Wälzkörperkränze oder Ansenkungen zur Aufnahme der Lagerringe der als komplette Axialwälzlager ausgebildeten Wälzkörperkränze aufweisen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird nachstehende anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels weiter erläutert, die einen axialen Teilschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kegelrollenlager zeigt.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Das dargestellte Ausführungsbeispiel bezieht sich auf ein Kegelrollenlager, jedoch ist das Konstruktionsprinzip der Erfindung auch bei Schräg-Zylinderrollenlager, Axial-Zylinderrollenlager mit Anlaufborden sowie Axial-Kegelrollenlager anwendbar.
Das im axialen Teilschnitt dargestellte Rollenlager 1 besteht aus einem äußeren Lagerring 2 mit einer radial äußeren Laufbahn 7 und einem inneren Lagerring 3 mit einer radial inneren Laufbahn 8. An diesen Laufbahnen 7 und 8 rollen Kegelrollen 4 ab, die eine Rollenstirnseite 5 mit großem Durchmesser und eine Rollenstirnseite 6 mit kleinem Durchmesser aufweisen. Zur Aufnahme einer in Richtung der durchmessergroßen Rollenstirnseite 5 wirkenden Axialkomponente weist der innere Lagerring 3 einen Bord 9 auf.
Zur Vermeidung von Gleitreibung zwischen der durchmessergroßen Rollenstirnseite 5 einer jeden Kegelrolle 4 und dem Bord 9 ist zwischen dieser Rollenstirnseite 5 und einer Seitenscheibe 11 koaxial zu der jeweiligen Kegelrolle 4 ein Kugel- oder Nadelkranz 16 angeordnete, und zwischen der Seitenscheibe 11 und dem Bord 9 ein zur Achse des Rollenlagers 1 koaxialer Kugel- oder Nadelkranz 10 vorgesehen.
Die durchmessergroße Seitenscheibe 11 bildet zusammen mit einer durchmesserkleineren Seitenscheibe 12, die benachbart zur axial gegenüberliegend Rollenstirnseite 6 angeordnet ist, und diese Seitenscheiben 11, 12 verbindende Verbindungsbolzen 15 oder Verbindungsstege einen Käfig zur Halterung und Führung der Kegelrollen 4.
Die Verbindungsbolzen 15 oder Verbindungsstege sind vereinfacht strichpunktiert dargestellt und desaxiert mit Bezug auf die Rollenachsen 17 angeordnet, so dass sie in den zur Laufbahn 7 des äußeren Lagerrings 2 benachbarten Lücken zwischen den Kegelrollen 4 angeordnet sind. Die Kegelrollen 4 sind dementsprechend nahe aneinander gerückt, um eine möglichst große Anzahl von Kegelrollen 4 im Rollenlager 1 unterzubringen.
Die durchmesserkleinere Seitenscheibe 12 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel mit zentrierenden Fixierbolzen 13 verbunden, die jeweils in eine entsprechende Vertiefung 18 in der durchmesserkleinen Stirnseite 6 der jeweiligen Kegelrolle 4 eingreifen. Solche Fixierbolzen können auch an der durchmessergrößeren Seitenscheibe befestigt sein, um den jeweiligen Kugel- oder Nadelkranz 16 drehbar zu halten.
Zusätzlich zu diesen Fixierbolzen 13 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel zwischen der durchmesserkleineren Seitenscheibe 12 und der zugeordneten Rollenstirnseiten 6 der jeweiligen Kegelrolle 4 ein weiterer Kugel- oder Nadelkranz 14 angeordnet, deren Wälzkörper 14 in einer Laufbahn 20 an dieser Seitenscheibe 12 und in einer Laufbahn 19 an der Rollenstirnseite 6 abrollen.
Wenn die Kugel- oder Nadelkränze 10, 14, 16 wie dargestellt ohne eigene Lagerringe ausgebildet sind, weisen die Rollenstirnseiten 5, 6, die Seitenscheiben 11, 12 und der Bord 9 demnach entsprechende, vertiefte Laufbahnen 19, 20, 21, 22, 23, 24 für die Kugeln oder Nadeln dieser Lager auf. Wenn die Kugel- oder Nadelkränze 10, 14, 16 hingegen als vollständige Wälzlager mit Lagerringen und dazwischen angeordneten Kugeln oder Nadeln ausgebildet sind, genügt es, in den Rollenstirnseiten 5, 6, den Seitenscheiben 11, 12 und im Bord 9 entsprechende, flache Ansenkungen vorzusehen, welche die Lagerringe der Kugel- oder Nadelkränze 10, 14, 16 zentrierend aufnehmen.
Dadurch, dass in dem erfindungsgemäßen Rollenlager nur reine Rollreibung gegeben ist, ist dieses insbesondere für Großwälzlager mit Anspruch auf geringster Reibung und/oder sehr langer geforderter Lebensdauer bei ungünstigen Schmierbedingungen geeignet.
Bezugszeichenliste

1: Rollenlager
2: Äußerer Lagerring
3: Innerer Lagerring
4: Kegelrollen
5: Rollenstirnseite
6: Rollenstirnseite
7: Laufbahn
8: Laufbahn
9: Bord
10: Wälzkörperkranz
11: Seitenscheibe des Käfigs
12: Seitenscheibe des Käfigs
13: Fixierbolzen
14: Wälzkörperkranz; Kugel- oder Nadelkranz
15: Verbindungsbolzen des Käfigs
16: Wälzkörperkranz; Kugel- oder Nadelkranz
17: Rollenachse
18: Vertiefung
19: Laufbahn
20: Laufbahn
21: Laufbahn
22: Laufbahn
23: Laufbahn
24: Laufbahn

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008046237 A1 [0002]
US 3128134 A [0003]
FR 583067 A [0004]
US 2398459 A [0005]

Claims

Rollenlager (1), mit zwei koaxialen Lagerringen (2, 3) sowie einer Vielzahl von zwischen den Lagerringen (2, 3) angeordneten, in einem Käfig (11, 12, 15) geführten Rollen (4), die auf zugehörigen Laufbahnen (7, 8) an den Lagerringen (2, 3) abrollen, mit wenigstens einem Bord (9) an einem der Lagerringe (3) zur Ausleitung von Axialkräften aus den Rollen (4), und mit einem zwischen einer Stirnseite der Rollen (4) und dem wenigstens einen Bord (9) angeordneten, zu den Lagerringen (2, 3) koaxialen Wälzkörperkranz (10), dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (11, 12, 15) eine zwischen einer Rollenstirnseite (5) der Rollen (4) und dem Bord (9) angeordnete Seitenscheibe (11) aufweist, dass der Wälzkörperkranz (10) zwischen der Seitenscheibe (11) und dem Bord (9) angeordnet ist, und dass zwischen der der Seitenscheibe (11) zugewandten Rollenstirnseite (5) und der Seitenscheibe (11) ein zu der jeweiligen Rolle (4) koaxialer Wälzkörperkranz (16) angeordnet ist.
Rollenlager nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der koaxiale Wälzkörperkranz (16) zwischen den Rollen (4) und der Seitenscheibe (11) zentrierend wirkend angeordnet ist.
Rollenlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig aus zwei parallelen, durch Bolzen (15) oder Stege verbundene Seitenscheiben (11, 12) besteht, und dass zumindest zwischen der durchmesserkleineren Seitenscheibe (12) und den Rollen (4) Zentrierelemente (13, 14) angeordnet sind.
Rollenlager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierelemente als an der durchmesserkleineren Seitenscheibe (12) befestigte und in Vertiefungen (18) in den Rollen (4) eingreifende Fixierbolzen (13) ausgebildet sind, und/oder dass die Zentrierelemente als an der durchmessergrößeren Seitenscheibe (11) befestigte, zu den Kegelrollen (4) weisende und die Rollen- oder Nadelkränze (16) drehbar haltende Fixierbolzen (13) ausgebildet sind.
Rollenlager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass um die Fixierbolzen (13) herum oder anstelle der Fixierbolzen (13) zentrierende Wälzkörperkränze (14) angeordnet sind.
Rollenlager nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsbolzen (15) in den zu der Laufbahn (7) des äußeren Lagerrings (2) benachbarten Lücken zwischen den Rollen (4) angeordnet sind.
Rollenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollen (4) als Kegelrollen in einem Kegelrollenlager (1) ausgebildet sind.
Rollenlager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Lagerring (3) einen Bord (9) aufweist, der an seiner, den Rollenstirnseiten (5) mit dem großen Durchmesser benachbarten Seite angeordnet ist.
Rollenlager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Bord (9) mit seiner radialen Höhe mindestens die Rollenachsen (17) erreicht, oder den radial äußeren Rand desjenigen Rollenkranzes (16) überdeckt, welcher zwischen dem jeweiligen Wälzkörper (4) und der durchmessergrößeren Seitenscheibe (11) angeordnet ist.
Rollenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollen (4) an ihren Stirnseiten (5, 6), der wenigstens eine Bord (9) und die beiden Seitenscheiben (11, 12) Laufbahnen (19, 20, 21, 22, 23, 24) für die Wälzkörper der Wälzkörperkränze (10, 14, 16) oder Ansenkungen für als komplette Axialwälzlager ausgebildete Wälzkörperkränze (10, 14, 16) aufweisen.