DE102010035264A1

DE102010035264A1 - Vorrichtung zur Axialspieleinstellung an einem Schrägwälzlager mit radial wirkenden Piezo-Aktuatoren

Info

Publication number: DE102010035264A1
Application number: DE102010035264A
Authority: DE
Inventors: Dr. Scherb Bruno; Armin Necker; Susanne Spörl; Christian Willming
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-08-24
Filing date: 2010-08-24
Publication date: 2012-03-01

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Axialspieleinstellung an einem Schrägwälzlager (1) zur Lagerung einer Welle (3) in einem Gehäuse (2), mit wenigstens einem Innenring (4), wenigstens einem Außenring (5) sowie mit schräg angestellten Wälzkörpern (6), die zwischen den Lagerringen (4, 5) angeordnet sind und auf Laufbahnen der Lagerringe (4, 5) abrollen, wobei die Vorrichtung zur Axialspieleinstellung zumindest einen Piezo-Aktuator (8) aufweist, der zur axialen Verschiebung von einem der Lagerringe dient. Zur Verwirklichung einer axial kurz bauenden piezoelektrischen Vorrichtung zur Axialspieleinstellung an einem Schrägwälzlager (1) ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Umlenkeinrichtung (25) aufweist, dass der wenigstens eine Piezo-Aktuator (8) derartig angeordnet ist, dass er bei einer Betätigung mit einer Stellkraft (F1) radial nach innen oder außen auf ein Eingangselement (12) der Umlenkeinrichtung (25) wirkt, und dass das Ausgangselement (13, 28) dieser Umlenkeinrichtung (25) mit einer resultierenden Stellkraft (F2) direkt oder indirekt axial auf den zu verschiebenden Lagerring (5) wirkt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Axialspieleinstellung an einem Schrägwälzlager zur Lagerung einer Welle in einem Gehäuse, mit wenigstens einem Innenring, wenigstens einem Außenring sowie mit schräg angestellten Wälzkörpern, die zwischen den Lagerringen angeordnet sind und auf Laufbahnen der Lagerringe abrollen, wobei die Vorrichtung zur Axialspieleinstellung zumindest einen Piezo-Aktuator aufweist, der zur axialen Verschiebung von einem der Lagerringe dient.
Hintergrund der Erfindung
Bei der Lagerung einer Welle in einem Gehäuse kann es bei betriebsbedingten Temperaturänderungen zu Längenänderungen von Gehäuse und Welle kommen, wenn diese aus unterschiedlichen Materialien mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten hergestellt sind. Ein solches Verhalten ist beispielsweise festzustellen, wenn die Welle aus Stahl und das Gehäuse aus einer Aluminium-Legierung bestehen. Die Welle weist dabei eine geringere wärmebedingte Ausdehnung als das Gehäuse auf. Temperaturbedingten Geometrieänderungen können aber auch dann auftreten, wenn das Gehäuse oder die Welle, die beide aus dem gleichen Werkstoff bestehen, im Betrieb unterschiedlich heiß werden. Ein solches Verhalten ist vor allem für die Lagerung der Welle problematisch, weil sich dadurch der an dem Gehäuse befestigte Lageraußenring radial und axial gegenüber dem Lagerinnenring verschiebt. Sofern ein Wälzlager mit schräg angestellten und unter axialer Vorspannung stehenden Wälzkörpern zur Lagerung der Welle dient, machen sich die angesprochenen Längenänderungen besonders nachteilig bemerkbar, da diese die eingestellte Vorspannung und damit das Axialspiel verändern.
Zur Lösung dieses technischen Problems sind bereits einige Vorschläge bekannt geworden. Diese haben zum Inhalt, dass sich der Außenring des Wälzlagers nicht direkt sondern über einen ein flüssiges Expansionsmittel enthaltenden Stützring an dem Gehäuse axial abstützt. Das Wärmeausdehnungsverhalten des Stützringes bzw. seines Expansionsmittels ist dabei so, dass dieser die Unterschiede zwischen dem Wärmeausdehnungsverhalten der Welle und des Gehäuses ausgleicht. Bei der Axiallagerabstützung gemäß der DE 32 39 305 A1 ist hierzu vorgesehen, dass der Stützring bzw. Druckring als ein Membrankörper mit einem darin hermetisch eingeschlossenen Expansionsmedium ausgebildet ist.
Die DE 38 10 448 C2 offenbart eine ähnliche Ausgleichseinrichtung für ein als einreihiges Kegelrollenlager ausgebildetes Wälzlager, bei welcher der Stützring bzw. Druckring eine Art Kolben-Zylinder-Anordnung bildet, wobei in dem Zylinder ein Expansionsmedium angeordnet ist.
Nachteilig bei den bekannten Vorrichtungen ist, dass diese passiv arbeiten und mit ihnen temperaturbedingte Änderungen des Lagerspiels bzw. der Lagervorspannung nicht aktiv geregelt werden können.
Ebenfalls passiv funktioniert eine aus der DE 68 104 25 U1 bekannte Einrichtung zur Aufrechterhaltung des axialen Lagerspiels bei Wälzlagereinbauten, bei der in einer Variante axial neben einem Kegelrollenlager zwei konische Ringe radial übereinander angeordnet sind und mit ihren Konusflächen aufeinander liegen. Der radial innere Ring stützt sich axial an einer Gehäusewand ab, während der radial äußere Ring axial an dem Lageraußenring anliegt. Die Form und die Größe der Konusflächen sowie die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der konischen Ringe sind so gewählt, dass das axiale Lagerspiel bei Temperaturänderungen unverändert bleiben soll.
Um das Lagerspiel aktiv beeinflussen zu können, werden Einrichtungen zur Kompensation von temperaturbedingten Geometrieänderungen an Wälzlagern mit Piezo-Aktuatoren verwendet. Da solche Piezo-Aktuatoren mittels einer regelbaren Steuerungsspannung in ihrer axialen Länge verstellbar sind, kann mit ihnen bei einer temperaturbedingten Geometrieänderung einer Lagerung, beispielsweise einer Welle in einem Gehäuse, ein optimales Axialspiel eingestellt und geregelt werden.
Bei piezoelektrisch betätigbaren Kompensationsvorrichtungen zur Einhaltung eines voreingestellten Axialspiels eines Schrägwälzlagers stützen sich die Piezo-Aktuatoren einerseits an dem Gehäuse oder einem gehäusefesten Bauteil ab und wirken mit ihrer axial gegenüberliegenden Stirnseite auf den axial zu verschiebenden Lagerring. Hierdurch ist zwar eine Spieleinstellung des Lagers möglich, jedoch wird wie bei den anderen bekannten Bauweisen nachteilig die axiale Länge der Lageranordnung vergrößert. Dies liegt insbesondere daran, dass einzelne Piezo-Stellelemente nur einen sehr kleinen axialen Stellweg ermöglichen, so dass mehrere dieser Piezo-Stellelemente axial hintereinander zu einem Piezo-Aktuator zusammengefasst werden müssen, um einen notwenigen Stellweg von wenigen Millimetern erzeugen zu können. Derartige Piezo-Aktuatoren sind dann axial vergleichsweise lang und verlängern bei ihrer koaxialen Anordnung an einem Wälzlager den dafür notwenigen Bauraum. In diesem Zusammenhang wird auf die DE 39 00 121 A1 , DE 10 2005 027 082 A1 , DE 10 2007 001 919 A1 und die US 6,422,757 B1 hingewiesen, welche jeweils Vorrichtungen zur Einstellung der axialen Vorspannung von Wälzlagern bzw. zur temperaturabhängigen Längenkompensation bei Lagerungen zeigen, die piezoelektrische Aktuatoren mit zu den Lagerringen achsparalleler Stellkraftrichtung aufweisen.
Aufgabe der Erfindung
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine piezoelektrische Vorrichtung zur Axialspieleinstellung an einem Schrägwälzlager vorzustellen, mit der temperaturbedingte Axialspieländerungen ausgeglichen werden können, wobei deren Anordnung am Wälzlager keine oder nur eine unwesentliche axiale Vergrößerung desselben verursachen soll.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs, während vorteilhafte Weiterbildungen den Unteransprüchen entnehmbar sind.
Demnach geht die Erfindung aus von einer Vorrichtung zur Axialspieleinstellung an einem Schrägwälzlager zur Lagerung einer Welle in einem Gehäuse, mit wenigstens einem Innenring, wenigstens einem Außenring sowie mit schräg angestellten Wälzkörpern, die zwischen den Lagerringen angeordnet sind und auf Laufbahnen der Lagerringe abrollen, wobei die Vorrichtung zur Axialspieleinstellung zumindest einen Piezo-Aktuator aufweist, der zur axialen Verschiebung von einem der Lagerringe dient.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Umlenkeinrichtung aufweist, dass der wenigstens eine Piezo-Aktuator derartig angeordnet ist, dass er bei einer Betätigung mit einer Stellkraft radial nach innen oder bei einer anderen Bauform radial nach außen auf ein Eingangselement der Umlenkeinrichtung wirkt, und dass das Ausgangselement dieser Umlenkeinrichtung mit einer resultierenden Stellkraft direkt oder indirekt axial auf den zu verschiebenden Lagerring wirkt.
Die vorgeschlagene Vorrichtung ermöglicht konstruktiv sehr einfach eine Kompensation von temperaturbedingten Axialspieländerungen an einem Schrägwälzlager, welches zur Lagerung einer Welle in einem Gehäuse dient. Dabei können das Gehäuse und die Welle unterschiedliche oder gleiche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Durch die Anordnung des wenigstens einen Piezo-Aktuators im Wesentlichen senkrecht zur Längserstreckung des Schrägwälzlagers trägt dessen Baulänge in Wirkrichtung vorteilhaft nicht oder nur unwesentlich zur axialen Länge der Lageranordnung samt Kompensationsvorrichtung bei. Die Umlenkeinrichtung kann dabei derartig ausgebildet sein, dass sie eine Kraftvergrößerung oder eine Stellwegvergrößerung erzeugt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Eingangselement der Umlenkeinrichtung als Keil ausgebildet ist, mit einer radial ausgerichteten Fläche, auf die der wenigstens eine Piezo-Aktuator wirkt, und mit einer schräg zum zu verschiebenden Lagerring ausgerichteten Fläche.
Das Ausgangselement der Umlenkeinrichtung ist bevorzugt als Keilscheibe bzw. Konusscheibe ausgebildet, mit einer von dem zu verschiebenden Lagerring schräg wegweisenden Keilfläche und einer zu diesem Lagerring weisenden radial ausgerichteten Stirnfläche, wobei die Keilflächen des Eingangselements und des Ausgangsgangselements aufeinander liegen.
Bevorzugt ist die Vorrichtung zur Axialspieleinstellung als eine Stellscheibe ausgebildet, die koaxial über der Welle und axial neben dem zu verschiebenden Lagerring angeordnet sowie fest mit dem Gehäuse verbunden ist. Diese Stellscheibe trägt über ihren Umfang gleichverteilt bevorzugt mindestens drei Umlenkeinrichtungen. Die Umlenkeinrichtungen weisen dabei jeweils ein Gehäuse auf, in dem jeweils ein Piezo-Aktuator mit radial nach innen weisender Kraftwirklinie und das als Keil ausgebildete Eingangselement radial beweglich angeordnet sind. Diese mindestens drei Umlenkeinrichtungen wirken mit ihren Ausgangselementen axial auf denjenigen Lagerring, der zur Axialspieleinstellung axial verschoben werden soll.
Durch eine unterschiedliche Ausbildung bzw. Neigung der Keilflächen sowie der axialen Längen des Eingangselements und des Ausgangselements der Umlenkeinrichtung können die resultierende Stellkraft und der resultierende Stellweg des Ausgangselements eingestellt werden.
Hinsichtlich der Umlenkeinrichtung werden zwei Varianten vorgeschlagen. Gemäß einer ersten und bevorzugten Variante ist vorgesehen, dass in dem Gehäuse der Umlenkeinrichtung ein als Ausgangselement ausgebildeter konischer Abschnitt eines Druckringes axial beweglich angeordnet ist und mit seiner Konus- oder Keilfläche an der Keilfläche des Eingangselements betätigungswirksam anliegt. Dabei ist der Druckring mit seiner konusfernen Stirnfläche an dem zu verschiebenden Lagerring axial anpressbar. Demnach sind das Ausgangselement der Umlenkeinrichtung und der Druckring einstückig ausgebildet, welches die Herstellkosten und die Montagezeit reduziert.
Gemäß einer zweiten Variante ist vorgesehen, dass in dem Gehäuse der Umlenkeinrichtung ein als Keil oder Keilscheibe ausgebildetes Ausgangselement axial beweglich angeordnet ist, dass diese Keilscheibe bzw. der Keil mit einer lagerringnahen Stirnfläche axial an einem Druckring anliegt, und dass der Druckring mit seiner axial gegenüberliegenden Stirnfläche an dem zu verschiebenden Lagerring anpressbar ist. Demnach sind in dem Gehäuse der jeweiligen Umlenkeinrichtung der Piezo-Aktuator, das Eingangselement und das Ausgangselement zu einer Baueinheit zusammengefasst. Der Druckring ist separat hergestellt und wird auch gesondert am Schrägwälzlager montiert.
Das Schrägwälzlager, auf das die Vorrichtung zur Axialspieleinstellung gemäß der Erfindung einwirkt, kann als einreihiges oder mehrreihiges Kegelrollenlager bzw. als einreihiges oder mehrreihiges Schrägkugellager ausgebildet sein. Dabei wirkt die Vorrichtung zur Axialspieleinstellung auf denjenigen Lagerring mit einer Stellkraft, der an dem Bauteil mit dem größten Wärmeausdehnungskoeffizienten angeordnet ist. Sofern das Gehäuse aus einer Aluminium-Legierung und die Welle sowie die Lagerbauteile aus Stahl besteht, wirkt die Vorrichtung demnach auf dem Außenring des Schrägwälzlagers.
Sofern der axial zu verschiebende Lagerring der am Gehäuse angeordnete Außenring ist, kann ein Wegsensor an dem Gehäuse angeordnet sein, mit dem der axiale Abstand zu dem Innenring des Schrägwälzlagers messbar ist. Diese Abstandsmessung ermöglicht es einem zugeordneten Steuerungs- und Regelungsgerät, die Betätigung des zumindest einen Piezo-Aktuators nur dann und nur so lange zu veranlassen, wie das aktuelle Axialspiel des Schrägwälzlagers nicht dem zuvor festgelegten optimalen Axialspiel entspricht. Hierzu ist vorrichtungsbezogen vorgesehen, dass der Piezo-Aktuator über eine Steuerleitung und der Wegsensor über eine Sensorleitung mit einem Steuerungs- und Regelungsgerät verbunden ist.
Das Steuerungs- und Regelungsgerät ermittelt verfahrensgemäß mit Hilfe des Wegsensors den aktuellen Abstand zu dem inneren Lagerring. Sobald sich dieser Abstand, beispielsweise aufgrund temperaturbedingter oder belastungsbedingter Änderungen der Bauteilgeometrien von Welle, Gehäuse und/oder Lagerbauteile ändert und damit eine zuvor eingestellte axiale Lagervorspannung sich unvorteilhaft verändert, erzeugt dieses Steuerungs- und Regelungsgerät im Sinne einer Regelung des Axialspiels eine elektrische Betätigungsspannung für den wenigstens einen Piezo-Aktuator. In deren Folge ändert dieser seine axiale Länge, so dass sich die axiale Vorspannung im Wälzlager wieder auf den gewünschten optimalen Wert einstellt. Bei einer Rückkehr der Bauteile zu ihrer Ursprungsgeometrie, beispielsweise aufgrund deren Abkühlung oder einer Reduzierung der Lagerbelastung, reduziert das Steuerungs- und Regelungsgerät die Stellkraft der Piezo-Aktuatoren.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird nachstehende anhand von zwei in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen weiter erläutert. Darin zeigt
1 einen schematischen Längsschnitt durch ein Gehäuse, eine Welle und ein einreihiges Kegelrollenlager mit einer piezoelektrischen Stellvorrichtung zur Einstellung der axialen Lagervorspannung,
2 eine Vergrößerung der 1 im Bereich der piezoelektrischen Stellvorrichtung, und
3 eine piezoelektrische Stellvorrichtung gemäß einer zweiten Variante.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Das Schrägwälzlager 1 der 1 ist als Kegelrollenlager ausgebildet und dient zur Lagerung einer Welle 3 in einem Gehäuse 2. Es verfügt über einen Innenring 4, einen Außenring 5 sowie über schräg angestellte Wälzkörper 6, die als Kegelrollen ausgebildet und zwischen den Lagerringen 4, 5 angeordnet sind sowie auf nicht näher bezeichnete Laufbahnen der Lagerringe 4, 5 abrollen.
Der Werkstoff des Gehäuses 2 weist in diesem Ausführungsbeispiel im Vergleich zu dem Werkstoff der Welle 3 und der Wälzlagerbauteile 4, 5, 6 einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, so dass es sich bei einer Temperaturerhöhung stärker ausdehnt als die Welle 3 und die Lagerbauteile. Diese unterschiedliche Geometrieänderung verändert eine voreingestellte axiale Lagervorspannung und damit das Lagerspiel. Zur Kompensation einer solchen Lagervorspannungsänderung ist unmittelbar benachbart zu dem Schrägwälzlager 1 eine Vorrichtung zur Axialspieleinstellung angeordnet, die mit Hilfe von Piezo-Aktuatoren 8 betätigt wird.
Die Vorrichtung zur Axialspieleinstellung weist eine Stellscheibe 9 auf, die koaxial über der Welle 3 angeordnet und fest in einer Ringnut 19 des Gehäuses 2 eingesetzt ist. Die Stellscheibe 9 befindet sich axial unmittelbar neben dem Außenring 5 des Schrägwälzlagers 1 und dient zu dessen Axialverschiebung, sofern eine unerwünschte Axialspielverstellung des Schrägwälzlagers 1 von einem Steuerungs- und Regelungsgerät 14 festgestellt wird. Zur Feststellung einer Axialspielverstellung ist das Steuerungs- und Regelungsgerät 14 mit einem Wegsensor 16 verbunden, der in axialer und radialer Nähe des Innenringes 4 des Schrägwälzlagers 1 an einem gehäusefesten Halter 15 befestigt ist. Eine Sensorleitung 18, die durch eine Radialbohrung 17 in dem Gehäuse 2 geführt ist, verbindet den Wegsensor 16 mit dem Steuerungs- und Regelungsgerät 14.
Die Stellscheibe 9 weist über ihren Umfang gleichverteilt wenigstens drei Gehäuse 27 von Umlenkvorrichtungen 25 mit einer zu dem Außenring 5 weisenden Öffnung. In diesen Gehäusen 27 ist jeweils ein Piezo-Aktuator 8 angeordnet, der über eine durch eine Radialbohrung 10 in dem Gehäuse 2 geführte Steuerleitung 11 mit dem Steuerungs- und Regelungsgerät 14 verbunden ist.
Der Piezo-Aktuator 8 ist gemäß der Erfindung derartig angeordnet, dass seine Stellkraft F1 radial nach innen weist, also etwa senkrecht zu derjenigen Richtung, in die der Außenring 5 des Schrägwälzlagers 1 bei Bedarf zu verschieben ist. Diese zunächst ungünstig erscheinende Wirkrichtung der Piezo-Aktuatoren 8 ist von besonderem Vorteil, da durch diese Anordnung die Piezo-Aktuatoren 8 vergleichsweise lang ausgebildet sein können, um so eine vergleichsweise große eingangsseitige Stellkraft F1 zu erzeugen. Insbesondere bei größeren Wälzlagern steht dafür ein großer radialer Bauraum zur Verfügung. Die der Umlenkung der Stellkraft F1 zu dem bei Bedarf axial zu verschiebenden Lagerring 5 dienende Umlenkeinrichtung 25 vergrößert die axiale Baulänge der Wellenlagerung dabei nur unwesentlich.
Vorzugsweise ist für jeden Piezo-Aktuator 8 eine Umlenkeinrichtung 25 vorhanden, welche jeweils in den genannten Gehäusen 27 an der Stellscheibe 9 angeordnet sind. Eine solche Umlenkeinrichtung 25 weist ein Eingangselement 12 und ein Ausgangselement 13, 28 auf, welche die radial nach innen weisenden Stellkraft F1 der Piezo-Aktuatoren 8 in eine axial zu dem Lagering 5 weisende resultierende Stellkraft F2 umlenkt. Konstruktiv sind zwei Bauformen des Ausgangselements 13, 28 der Umlenkeinrichtung 25 möglich, die in den 1 und 2 sowie in 3 dargestellt sind.
Gemäß der in den 1 und 2 gezeigten ersten Variante ist in dem Gehäuse 27 der Umlenkeinrichtung 25 ein Keil 12 radial beweglich angeordnet, der mit einer radial nach außen weisenden Fläche 26 an dem radial inneren Ende des Piezo-Aktuators 8 anliegt. Mit einer von dem Außenring 5 wegweisenden, axial ausgerichteten Fläche 30 stützt sich der Keil 12 an einer zugeordneten Innenwand des Gehäuses 27 der Umlenkeinrichtung 25 ab. Der Keil 12 weist schließlich eine Keilfläche 21 auf, die schräg in Richtung zu dem zu verschiebenden Außenring 5 gerichtet ist. Außerdem ragt ein mit einer konischen bzw. keilförmigen Fläche 22 versehener Abschnitt 28 eines Druckringes 20 axial soweit in das Gehäuse 27 der Umlenkeinrichtung 25 hinein, dass diese Fläche 22 an der Keilfläche 21 des Keils 12 anliegt. Eine radial nach innen bzw. radial nach außen weisende Fläche des Abschnitts 28 des Druckringes 20 ist axialverschiebbar in dem Gehäuse 27 der Umlenkeinrichtung 25 gelagert. Mit seiner lagerringnahen axialen Stirnseite 24 ist der Druckring 20 an den Außenring 5 des Schrägwälzlager 1 anpressbar.
Bei einer Betätigung des Piezo-Aktuators 8 dehnt sich dieser nach radial innen aus und wirkt mit einer Stellkraft F1 auf den Keil 12. Dieser wird dadurch in dem Gehäuse 27 der Umlenkeinrichtung 25 nach radial innen verschoben und wirkt dabei mit seiner schrägen Keilfläche 21 auf die schräge Keilfläche 22 des Druckringes 20. Dadurch wird die Stellkraft F1 des Piezo-Aktuators 8 in einer radiale und eine axiale Komponente aufgeteilt und der Druckring 20 mit einer resultierenden Axialkraft F2 gegen den Außenring 5 gepresst, so dass das Axialspiel des Schrägwälzlagers 1 verringert wird. Bei der Umlenkung der Stellkraft F1 des Piezo-Aktuators 8 kann durch besondere Wahl der Neigungswinkel sowie der axialen Längen der Keilflächen 21 und 22 eine Vergrößerung des Stellweges oder der Stellkraft erreicht werden.
Die in 3 dargestellte zweite Variante der Stellvorrichtung weist einen mit dem Keil 12 (Eingangselement) zusammenwirkenden gesonderten Keil 13 (Ausgangselement) auf, der axial verschiebbar in dem Gehäuse 27 der Umlenkeinrichtung 25 aufgenommen ist. Dieser gesonderte Keil 13 liegt mit seiner lagerringnahen Stirnfläche 23 an einem Druckring 28 an, und der Druckring 28 ist mit seiner lagerringnahen Stirnseite 24 an den Außenring 5 mit einer von der Umlenkeinrichtung 25 umgelenkten Stellkraft F2 anpressbar.
Die Funktionsweise der Vorrichtung zur Axialspieleinstellung wird nachfolgend beschrieben:
Im ungestörten Betrieb bei Umgebungstemperatur bzw. bei gleicher Temperatur von Welle 3 und Gehäuse 2 oder bei einer vorgegebenen Nennbelastung der Welle, ist das Schrägwälzlager 1 mit einer vorbestimmten axialen Vorspannung versehen, so dass ein gewünschtes Lagerspiel eingestellt ist. Diese Vorspannung wurde mittels einer Wellenmutter 7 eingestellt, die auf den Innenring 4 wirkt.
Bei einer Temperaturerhöhung dehnt sich das Gehäuse 2 stärker aus als die Welle 3 und/oder die Lagerbauteile, so dass das Gehäuse 2 eine stärkere Geometrieänderung als die Welle und/oder die Lagerbauteile erfährt. Dabei ändert sich das Axialspiel des Schrägwälzlagers 1, welches zu lauten Laufgeräuschen der Wälzkörper 6 und zu einem stärkeren Lagerverschleiß führen kann. Die Veränderung des Axialspiels wird von dem Steuerungs- und Regelungsgerät 14 mittels des Wegsensors 16 festgestellt. Um das Axialspiel wieder auf einen optimalen Wert zu bringen, erzeugt das Steuerungs- und Regelungsgerät 14 eine Steuerspannung, die den Piezo-Aktuatoren 8 über die Steuerleitungen 11 geregelt zugeleitet wird. Dies bewirkt eine axiale Ausdehnung der Piezo-Aktuatoren 8, wodurch diese über die Keile 12, 13, 28 der Umlenkeinrichtung 25 auf die große Stirnseite des Außenrings 5 drückt. Dadurch wird die axiale Vorspannung auf den gewünschten Wert wieder angehoben.
Mittels des Wegsensors 16 wird dieser Vorgang überwacht, dass heißt, die Piezo-Aktuatoren 8 werden so lange geregelt betätigt, bis das richtige Axialspiel wieder eingestellt ist. Anschließend werden die Piezo-Aktuatoren 8 gegebenenfalls weiterbetätigt, um diese Betätigungsstellung einzuhalten. Bei einer Abkühlung von Gehäuse 2 und Welle 3 und/oder der Lagerbauteile 4, 5, 6 wird die Steuerspannung für die Piezo-Aktuatoren 8 in Abhängigkeit von den Messwerten des Wegsensors 16 reduziert.
Bezugszeichenliste

1: Schrägwälzlager, Kegelrollenlager
2: Gehäuse
3: Welle
4: Innenring
5: Außenring
6: Wälzkörper, Kegelrolle
7: Wellenmutter
8: Piezo-Aktuator
9: Stellscheibe
10: Bohrung
11: Steuerleitung
12: Keil, Eingangselement
13: Keil, Ausgangselement
14: Steuerungs- und Regelungsgerät
15: Halter
16: Wegsensor
17: Bohrung
18: Sensorleitung
19: Gehäusenut
20: Druckring
21: Keilfläche am Keil 12
22: Keilfläche an der Keilscheibe 13
23: Stirnfläche an der Keilscheibe 13
24: Lagerringnahe Stirnseite an dem Druckring 20
25: Umlenkeinrichtung
26: Radial ausgerichtete Fläche des Keils 12
27: Gehäuse der Umlenkeinrichtung 25
28: Konischer Abschnitt des Druckrings 20, Eingangselement
29: Druckring
30: Axial ausgerichtete Fläche des Keils 12
F1: Stellkraft des PiezoAktuators
F2: Resultierende Stellkraft

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3239305 A1 [0003]
DE 3810448 C2 [0004]
DE 6810425 U1 [0006]
DE 3900121 A1 [0008]
DE 102005027082 A1 [0008]
DE 102007001919 A1 [0008]
US 6422757 B1 [0008]

Claims

Vorrichtung zur Axialspieleinstellung an einem Schrägwälzlager (1) zur Lagerung einer Welle (3) in einem Gehäuse (2), mit wenigstens einem Innenring (4), wenigstens einem Außenring (5) sowie mit schräg angestellten Wälzkörpern (6), die zwischen den Lagerringen (4, 5) angeordnet sind und auf Laufbahnen der Lagerringe (4, 5) abrollen, wobei die Vorrichtung zur Axialspieleinstellung zumindest einen Piezo-Aktuator (8) aufweist, der zur axialen Verschiebung von einem der Lagerringe dient, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Umlenkeinrichtung (25) aufweist, dass der wenigstens eine Piezo-Aktuator (8) derartig angeordnet ist, dass er bei einer Betätigung mit einer Stellkraft (F1) radial nach innen oder außen auf ein Eingangselement (12) der Umlenkeinrichtung (25) wirkt, und dass das Ausgangselement (13, 28) dieser Umlenkeinrichtung (25) direkt oder indirekt mit einer resultierenden Stellkraft (F2) axial auf den zu verschiebenden Lagerring (5) wirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangselement (12) der Umlenkeinrichtung (25) als Keil ausgebildet ist, mit einer radial ausgerichteten Fläche (26), auf die der wenigstens eine Piezo-Aktuator (8) wirkt, und mit einer schräg zum zu verschiebenden Lagerring (5) ausgerichtete Fläche (21).
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangselement (13) der Umlenkeinrichtung (25) als Keil oder Keilscheibe (13, 20) ausgebildet ist, mit einer von dem zu verschiebenden Lagerring (5) schräg wegweisenden Keilfläche (22) und einer zu diesem Lagerring (5) weisenden radial ausgerichteten Stirnfläche (23), wobei die Keilflächen (21, 22) des Eingangselements (12) und des Ausgangsgangselements (13) aneinander liegen.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass diese als eine axial neben dem zu verschiebenden Lagerring (5) angeordnete Stellscheibe (9) ausgebildet und fest mit dem Gehäuse (2) verbunden ist, und dass die Stellscheibe (9) mehrere Umlenkeinrichtungen (25) gleichverteilt über ihren Umfang trägt, wobei die Umlenkeinrichtungen (25) jeweils ein Gehäuse (27) aufweisen, in dem jeweils ein Piezo-Aktuator (8) und das als Keil (12) ausgebildete Eingangselement radial beweglich angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (27) der Umlenkeinrichtung (25) ein als Ausgangselement ausgebildeter konischer Abschnitt (28) eines Druckringes (20) axial beweglich angeordnet ist und mit dem Keil (12) zusammenwirkt, und dass der Druckring (20) mit seiner konusfernen Stirnfläche (24) an dem zu verschiebenden Lagerring (5) anpressbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (27) der Umlenkeinrichtung (25) das als Keil (13) ausgebildete Ausgangselement axial beweglich angeordnet ist, dass dieser Keil (13) mit seiner lagerringnahen Stirnfläche (23) axial an einem Druckring (29) anliegt, und dass der Druckring (29) mit seiner axial gegenüber liegenden Stirnfläche (24) an dem zu verschiebenden Lagerring (5) anpressbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schrägwälzlager (1) als einreihiges oder mehrreihiges Kegelrollenlager oder als einreihiges oder mehrreihiges Schrägkugellager ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese Vorrichtung auf denjenigen Lagerring (5) eines Schrägwälzlagers (1) mit einer resultierenden Stellkraft (F2) wirkt, der an dem Bauteil (2) mit dem größten Wärmeausdehnungskoeffizienten angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der axial zu verschiebende Lagerring der am Gehäuse (2) angeordnete Außenring (5) ist, und dass ein Wegsensor (16) an dem Gehäuse (2) angeordnet ist, mit dem der axiale Abstand zu dem Innenring (4) messbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Piezo-Aktuator (8) über eine Steuerleitung (11) und der Wegsensor (16) über eine Sensorleitung (18) mit einem Steuerungs- und Regelungsgerät (14) verbunden sind.