DE102010051027A1

DE102010051027A1 - Wälzlagerung für ein Rotationsteil

Info

Publication number: DE102010051027A1
Application number: DE102010051027A
Authority: DE
Inventors: Peter Schuster; Dr. Grunau Arbogast; Erich Lunz
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-11-11
Filing date: 2010-11-11
Publication date: 2012-05-16

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wälzlagerung eines Rotationsteils (1), welche im Wesentlichen aus einem an einem Ende des Rotationsteils (1) angeordneten Loslager (2) und aus einem am anderen Ende des Rotationsteils (1) angeordneten Festlager (3) besteht. Dabei wird das Loslager (2) durch ein zweireihiges Nadellager gebildet, das aus einer Außenhülse (4) mit zwei seitlichen Außenborden (5, 6) und mit einem inneren Mittelbord (7), einer glattzylindrischen Innenhülse (8) sowie einer Vielzahl in zwei Reihen nebeneinander zwischen der Außenhülse (4) und der Innenhülse (8) angeordneter Lagernadeln (9, 10) besteht, die durch zwei Nadelkäfige (11, 12) in gleichmäßigen Abständen zueinander gehalten werden. Erfindungsgemäß wird das Festlager (3) ebenfalls durch ein zweireihiges Nadellager mit einer Außenhülse (13), einer Innenhülse (14) und zwei Reihen nebeneinander in Nadelkäfigen (17, 18) geführten Lagernadeln (15, 16) gebildet, welches die gleichen Abmessungen, die gleiche Tragzahl und die gleiche Federrate wie das Loslager (2) aufweist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Wälzlagerung für ein Rotationsteil nach den oberbegriffsbildenden Merkmalen des Patentanspruchs 1, welche insbesondere für Fest-Loslagerungen mit hohen Radialkräften und geringen Axialkräften, wie beispielsweise für die Lagerung der Förderwalzen an Förderbändern, geeignet ist.
Hintergrund der Erfindung
Es ist allgemein bekannt, dass die Lagerung von Rotationsteilen, wie Wellen oder Spindeln, zumeist in zwei als Festlager und als Loslager ausgebildeten Lagerstellen erfolgt, da somit Fertigungstoleranzen und durch Wärmedehnungen bedingte Längenänderungen zwischen dem Rotationsteil und dem Gehäuse ausgeglichen werden können, ohne dass zusätzliche Verspannkräfte auf die Lager wirken. Dabei übernimmt das axial festgelegte Festlager neben seinem Radiallastanteil auch alle auftretenden Axialkräfte in beiden Richtungen, während das Loslager nur seinen Radiallastanteil überträgt, da es in Axialrichtung nicht festgelegt ist und dadurch auch keine Axialkräfte übernehmen kann. Der Ausgleich der Fertigungstoleranzen und Wärmedehnungen erfolgt somit ausschließlich über das Loslager, und zwar an der Sitzstelle des Innenrings, an der Sitzstelle des Außenrings oder im Lager selbst.
Eine typische Fest-Loslagerung für eine radial hoch belastete Welle ist beispielhaft in 1 der anliegenden Zeichnungen schematisch dargestellt. Deutlich sichtbar wird bei dieser Lagerung das Loslager 2 durch ein an einem Ende des Rotationsteils 1 angeordnetes zweireihiges Nadellager gebildet, das aus einer Außenhülse 4 mit zwei seitlichen Außenborden 5, 6 und mit einem inneren Mittelbord 7, einer glattzylindrischen Innenhülse 8 sowie einer Vielzahl in zwei Reihen nebeneinander zwischen der Außenhülse 4 und der Innenhülse 8 angeordneter Lagernadeln 9, 10 besteht, die durch zwei Nadelkäfige 11, 12 in gleichmäßigen Abständen zueinander gehalten werden Derartige zumeist massiv ausgebildete und beispielsweise aus dem Katalog der Anmelderin, Ausgabe Januar 2006, Seite 620 ff. unter der Bezeichnung NA69..-ZW bekannte Nadellager sind aufgrund dessen, dass sie nur radiale Kräfte aufnehmen können, konstruktionsbedingt immer als Loslager ausgebildet und zeichnen sich durch eine hohe radiale Tragfähigkeit und durch einen sehr niedrigen radialen Bauraumbedarf aus. Das Festlager 3 wird bei dieser Lagerung dagegen durch ein am anderen Ende des Rotationsteils 1 angeordnetes einreihiges Rillenkugellager 34 gebildet, wie es beispielsweise aus dem Katalog der Anmelderin, Ausgabe Januar 2006, Seite 184 ff. unter der Bezeichnung S6000 bekannt ist und welches durch die Führung seiner Lagerkugeln in rillenförmigen Laufbahnen in der Lage ist, axiale Kräfte aus beiden Richtungen aufzunehmen.
Nachteilig bei einer solchen Fest-Loslagerung ist es jedoch, dass das als Festlager ausgebildete Rillenkugellager sehr viel mehr radialen Bauraum als das mit einer geringen radialen Bauhöhe als Loslager ausgebildete Nadellager benötigt. Da Nadellager jedoch immer dann als Loslager eingesetzt werden, wenn nur ein geringer radialer Bauraum zur Verfügung steht, ist der gleichzeitige Einsatz von Rillenkugellagern als Festlager, deren grundsätzlich geringere Tragfähigkeit nur bei entsprechender Dimensionierung an die des als Loslager ausgebildeten Nadellagers angepasst werden kann, eben abhängig von dem zur Verfügung stehenden Bauraum und somit stark eingeschränkt.
Eine Möglichkeit, den Nachteil von Rillenkugellagern hinsichtlich ihres großen Bauraumbedarfs zu kompensieren, ist es, an deren Stelle ein kombiniertes Nadellager als Festlager einzusetzen, wie es beispielsweise aus dem Katalog der Anmelderin, Ausgabe Januar 2006, Seite 620 ff. unter der Bezeichnung NKIB bekannt und in 2 der beiliegenden Zeichnungen gezeigt ist. Dieses kombinierte Nadellager 35 weist in bekannter Weise zwischen einer einteiligen Außenhülse und einer zweiteiligen Innenhülse eine Reihe käfiggeführter Lagernadeln und eine Reihe käfiggeführter Lagerkugeln als Wälzkörper auf, die in einer rillenförmigen Laufbahn umlaufen und bewirken, dass das Nadellager nicht nur mit den vorgesehenen Radialkräften sondern auch mit einem Anteil von beidseitigen Axialkräften belastbar ist.
Mit einer derartigen Fest-Loslagerung ist zwar das Problem des Bauraumbedarfs für beide Lager des Rotationsteils gelöst, dennoch ist hier als Nachteil zu nennen, dass das als Festlager verwendete kombinierte Nadellager eine geringere Tragfähigkeit und eine geringere Federrate als das als Loslager verwendete zweireihige Nadellager aufweist und dadurch die Lagerung insgesamt weniger belastbar ist. Außerdem weist ein kombiniertes Nadellager höhere Herstellungskosten als ein einfaches Nadellager auf, was sich negativ auf die Gesamtkosten für die Lagerung auswirkt.
Aufgabe der Erfindung
Ausgehend von den dargelegten Nachteilen der Lösungen des bekannten Standes der Technik liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe zu Grunde, eine Wälzlagerung für ein Rotationsteil zu konzipieren, bei welcher das Festlager einen geringen radialen Bauraum benötigt und gleichzeitig eine hohe Tragfähigkeit sowie geringe Herstellungskosten aufweist.
Beschreibung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Wälzlagerung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart gelöst, dass das Festlager ebenfalls durch ein zweireihiges Nadellager mit einer Außenhülse, einer Innenhülse und zwei Reihen nebeneinander in Nadelkäfigen geführten Lagernadeln gebildet wird, welches die gleichen Abmessungen, die gleiche Tragzahl und die gleiche Federrate wie das Loslager aufweist.
Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzlagerung werden in den Unteransprüchen beschrieben.
Danach ist es gemäß den Ansprüchen 2 und 3 bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzlagerung vorgesehen, dass die Außenhülse des Festlagers an ihrer Innenseite lediglich einen inneren Mittelbord aufweist und im Übrigen glattzylindrisch ausgebildet ist und dass der Innendurchmesser des Mittelbordes etwa um den Durchmesser der Lagernadeln kleiner als der Innendurchmesser der Außenhülse ist. Anders als bei einem als Loslager ausgebildeten Nadellager weist die Außenhülse des als Festlager ausgebildeten Nadellagers somit keine Außenborde auf und ist somit äußerst kostengünstig durch Drehen und Schleifen herstellbar. Die Höhe des Mittelbordes an der Innenseite der Außenhülse ist dabei so gewählt, dass die an diesem anliegenden Lagernadeln ohne große Reibung möglichst hohe Axialkräfte in diesen einleiten können.
Gemäß den Ansprüchen 4, 5 und 6 zeichnet sich das erfindungsgemäß ausgebildete Wälzlager in zweckmäßiger Weiterbildung darüber hinaus noch dadurch aus, dass die Innenhülse des Festlagers an ihrer Außenseite glattzylindrisch ausgebildet ist und zwei seitliche Außenborde aufweist. Als besonders vorteilhaft hat es sich dabei erwiesen, die Innenhülse des Festlagers axial verkürzt auszubilden und die Außenborde durch zwei separate Bordringe zu bilden, deren Außendurchmesser etwa um den Durchmesser der Lagernadeln größer als der Außendurchmesser der Innenhülse ist. Die Ausbildung der Innenhülse mit separaten Bordringen als Außenborde hat dabei ebenfalls den Vorteil, dass diese äußerst kostengünstig durch Drehen und Schleifen herstellbar ist. Ebenso sind die Bordringe als Einzelteile kostengünstig durch spanende oder spanlose Fertigungsverfahren herstellbar. Eine gesonderte Befestigung der Bordringe an der Innenhülse ist im Übrigen zumeist nicht notwendig, da diese zwischen der Innenhülse und einem Wellenabsatz einerseits bzw. zwischen der Innenhülse und einer Spannschraube andererseits verspannt werden. Die Höhe der Bordringe ist hierbei ebenfalls so gewählt, dass die an diesen anliegenden Lagernadeln ohne große Reibung möglichst hohe Axialkräfte aufnehmen können.
Schließlich wird es als vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzlagers durch die Ansprüche 7, 8 und 9 noch vorgeschlagen, dass die Lagernadeln des Festlagers im Profil entweder ebene oder linsenkuppenförmige Stirnseiten aufweisen und mit ihren Stirnseiten an seitlichen Anlaufflächen am Mittelbord der Außenhülse und an seitlichen Anlaufflächen an den Bordringen anliegen. Je nach Ausbildung der Stirnseiten der Lagernadeln sind die seitlichen Anlaufflächen am Mittelbord der Außenhülse und die seitlichen Anlaufflächen an den Bordringen dann im Profil entweder eben oder halbrund ausgebildet. Die Besonderheit der linsenkuppenförmigen Stirnseiten der Lagernadeln und der im Profil halbrunden Ausbildung ihrer Anlaufflächen am Mittelbord der Außenhülse und an den Bordringen ist dabei, dass damit die auftretenden Axialkräfte von den einen Stirnseiten der Lagernadeln diagonal durch diese hindurch zu deren anderen Stirnseiten über eine sich ausbildende Druckellipse in den Mittelbord der Außenhülse in das Gehäuse eingeleitet werden.
Die erfindungsgemäß ausgebildete Wälzlagerung weist somit gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Wälzlagerungen den Vorteil auf, dass sie durch die Verwendung eines zweireihigen Nadellagers als Festlager im Zusammenwirken mit einem zweireihigen Nadellager als Loslager insgesamt einen geringen radialen Bauraum beansprucht und damit vollständig den Bauraumvorteil derartiger Lager nutzt. Gleichzeitig weist das als Nadellager ausgebildete Festlager die gleiche Tragfähigkeit und die gleiche Federrate wie das Loslager auf, so dass eine beidseitig radial hoch belastbare Wälzlagerung geschaffen wird, die auch einen Axiallastanteil tragen kann. Zudem ist das Festlager durch die Ausbildung mit separaten Bordringen ähnlich kostengünstig wie das Loslager herstellbar, so dass sich die Wälzlagerung insgesamt auch durch niedrige Herstellungskosten auszeichnet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die erfindungsgemäß ausgebildete Wälzlagerung wird nachfolgend in zwei bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine bekannte Wälzlagerung für ein Rotationsteil nach dem Stand der Technik;
2 eine weitere bekannte Wälzlagerung für ein Rotationsteil nach dem Stand der Technik;
3 eine erfindungsgemäß ausgebildete Wälzlagerung für ein Rotationsteil;
4 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit X gemäß 3 mit einer ersten Ausführungsform des Festlagers;
5 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit X gemäß 3 mit einer zweiten Ausführungsform des Festlagers.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Aus 3 geht deutlich eine Wälzlagerung eines Rotationsteils 1 hervor, die im Wesentlichen aus einem an einem Ende des Rotationsteils 1 angeordneten Loslager 2 und aus einem am anderen Ende des Rotationsteils 1 angeordneten Festlager 3 besteht. Das Loslager 2 wird dabei durch ein zweireihiges Nadellager gebildet, das aus einer Außenhülse 4 mit zwei seitlichen Außenborden 5, 6 und mit einem inneren Mittelbord 7, einer glattzylindrischen Innenhülse 8 sowie einer Vielzahl in zwei Reihen nebeneinander zwischen der Außenhülse 4 und der Innenhülse 8 angeordneter Lagernadeln 9, 10 besteht, die durch zwei Nadelkäfige 11, 12 in gleichmäßigen Abständen zueinander gehalten werden.
Desweiteren ist in 1 zu sehen, dass zur Ausbildung der Wälzlagerung mit einer insgesamt niedrigen radialen Bauhöhe das Festlager 3 erfindungsgemäß ebenfalls durch ein zweireihiges Nadellager mit einer Außenhülse 13, einer Innenhülse 14 und zwei Reihen nebeneinander in Nadelkäfigen 17, 18 geführten Lagernadeln 15, 16 gebildet wird, welches die gleichen Abmessungen, die gleiche Tragzahl und die gleiche Federrate wie das Loslager 2 aufweist.
Die vergrößerten Darstellungen der Einzelheit X gemäß 3 in den 4 und 5 zeigen darüber hinaus, dass die Außenhülse 13 des Festlagers 3 an ihrer Innenseite 19 lediglich einen inneren Mittelbord 20 aufweist und im Übrigen glattzylindrisch ausgebildet ist und dass der Innendurchmesser des Mittelbordes 20 etwa um den Durchmesser der Lagernadeln 15, 16 kleiner als der Innendurchmesser der Außenhülse 13 ist, damit die an diesen anliegenden Lagernadeln 15 ohne große Reibung möglichst hohe Axialkräfte in den Mittelbord 20 einleiten können. Die Außenhülse 13 des als Festlager 3 ausgebildeten Nadellagers weist somit keine Außenborde auf und ist dadurch äußerst kostengünstig durch Drehen und Schleifen herstellbar.
Ebenso geht aus den 4 und 5 hervor, dass die Innenhülse 14 des Festlagers 3 an ihrer Außenseite 21 ebenfalls glattzylindrisch jedoch axial verkürzt ausgebildet ist und durch zwei seitliche Außenborde 22, 23 begrenzt wird, die durch zwei separate Bordringe 24, 25 gebildet werden. Der Außendurchmesser der Bordringe 24, 25 ist dabei etwa um den Durchmesser der Lagernadeln 15, 16 größer als der Außendurchmesser der Innenhülse 14, so dass die an diesen anliegenden Lagernadeln 15, 16 ohne große Reibung möglichst hohe Axialkräfte aufnehmen können. Die Ausbildung der Innenhülse 14 mit separaten Bordringen 24, 25 hat dabei ebenfalls den Vorteil, dass sowohl die Innenhülse 14 als auch die Bordringe 24, 25 als Einzelteile kostengünstig durch spanende oder spanlose Fertigungsverfahren herstellbar sind.
Schließlich ist in den 4 und 5 noch zu sehen, die Lagernadeln 15, 16 des Festlagers 13 im Profil entweder wie in 4 ebene oder wie in 5 linsenkuppenförmige Stirnseiten 26, 27 und 28, 29 aufweisen und mit diesen Stirnseiten 26, 27 und 28, 29 an seitlichen Anlaufflächen 30, 31 am Mittelbord 20 der Außenhülse 13 und an seitlichen Anlaufflächen 32, 33 an den Bordringen 24, 25 anliegen. Je nach Ausbildung der Stirnseiten 26, 27 und 28, 29 der Lagernadeln 15, 16 sind dann auch die seitlichen Anlaufflächen 30, 31 am Mittelbord 20 der Außenhülse 13 und die seitlichen Anlaufflächen 32, 33 an den Bordringen 24, 25 im Profil entweder eben oder halbrund ausgebildet, wobei der Vorteil der linsenkuppenförmigen Ausbildung der Stirnseiten 26, 27 und 28, 29 der Lagernadeln 15, 16 darin besteht, dass damit die auftretenden Axialkräfte über eine sich ausbildende Druckellipse in den Mittelbord 20 der Außenhülse in 13 in das nicht näher bezeichnete Gehäuse eingeleitet werden.
Bezugszeichenliste

1: Rotationsteil
2: Loslager
3: Festlager
4: Außenhülse von 2
5: Außenbord an 4
6: Außenbord an 4
7: Mittelbord an 4
8: Innenhülse von 2
9: Lagernadeln von 2
10: Lagernadeln von 2
11: Nadelkäfig von 9
12: Nadelkäfig von 10
13: Außenhülse von 3
14: Innenhülse von 3
15: Lagernadeln von 3
16: Lagernadeln von 3
17: Nadelkäfig von 15
18: Nadelkäfig von 16
19: Innenseite von 13
20: Mittelbord an 19
21: Außenseite von 14
22: Außenbord an 14
23: Außenbord an 14
24: Bordring an 14
25: Bordring an 14
26: Stirnseite von 15
27: Stirnseite von 15
28: Stirnseite von 16
29: Stirnseite von 16
30: Anlauffläche von 27 an 20
31: Anlauffläche von 28 an 20
32: Anlauffläche von 26 an 24
33: Anlauffläche von 29 an 25
34: Rillenkugellager
35: kombiniertes Nadellager

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

Katalog der Anmelderin, Ausgabe Januar 2006, Seite 620 ff. unter der Bezeichnung NA69..-ZW [0003]
Katalog der Anmelderin, Ausgabe Januar 2006, Seite 184 ff. unter der Bezeichnung S6000 [0003]
Katalog der Anmelderin, Ausgabe Januar 2006, Seite 620 ff. unter der Bezeichnung NKIB [0005]

Claims

Wälzlagerung eines Rotationsteils (1), im Wesentlichen bestehend aus einem an einem Ende des Rotationsteils (1) angeordneten Loslager (2) und aus einem am anderen Ende des Rotationsteils (1) angeordneten Festlager (3), wobei das Loslager (2) durch ein zweireihiges Nadellager gebildet wird, das aus einer Außenhülse (4) mit zwei seitlichen Außenborden (5, 6) und mit einem inneren Mittelbord (7), einer glattzylindrischen Innenhülse (8) sowie einer Vielzahl in zwei Reihen nebeneinander zwischen der Außenhülse (4) und der Innenhülse (8) angeordneter Lagernadeln (9, 10) besteht, die durch zwei Nadelkäfige (11, 12) in gleichmäßigen Abständen zueinander gehalten werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Festlager (3) ebenfalls durch ein zweireihiges Nadellager mit einer Außenhülse (13), einer Innenhülse (14) und zwei Reihen nebeneinander in Nadelkäfigen (17, 18) geführten Lagernadeln (15, 16) gebildet wird, welches die gleichen Abmessungen, die gleiche Tragzahl und die gleiche Federrate wie das Loslager (2) aufweist.
Wälzlagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhülse (13) des Festlagers (3) an ihrer Innenseite (19) lediglich einen inneren Mittelbord (20) aufweist und im Übrigen glattzylindrisch ausgebildet ist.
Wälzlagerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser des Mittelbordes (20) etwa um den Durchmesser der Lagernadeln (15, 16) kleiner als der Innendurchmesser der Außenhülse (13) ist.
Wälzlagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenhülse (14) des Festlagers (3) an ihrer Außenseite (21) glattzylindrisch ausgebildet ist und zwei seitliche Außenborde (22, 23) aufweist.
Wälzlagerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenhülse (14) des Festlagers (3) axial verkürzt ausgebildet ist und die Außenborde (22, 23) durch zwei separate Bordringe (24, 25) gebildet werden.
Wälzlagerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser der Bordringe (24, 25) etwa um den Durchmesser der Lagernadeln (15, 16) größer als der Außendurchmesser der Innenhülse (14) ist.
Wälzlagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagernadeln (15, 16) des Festlagers (13) im Profil entweder ebene. oder linsenkuppenförmige Stirnseiten (26, 27 und 28, 29) aufweisen.
Wälzlagerung nach Anspruch 3, 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagernadeln (15, 16) mit ihren Stirnseiten (26, 27 und 28, 29) an seitlichen Anlaufflächen (30, 31) am Mittelbord (20) der Außenhülse (13) und an seitlichen Anlaufflächen (32, 33) an den Bordringen (24, 25) anliegen.
Wälzlagerung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die seitlichen Anlaufflächen (30, 31) am Mittelbord (20) der Außenhülse (13) und die seitlichen Anlaufflächen (32, 33) an den Bordringen (24, 25) im Profil entweder eben oder halbrund ausgebildet sind.