DE102010054966A1

DE102010054966A1 - Wälzlager

Info

Publication number: DE102010054966A1
Application number: DE102010054966A
Authority: DE
Inventors: Rainer Schröder; Martin Grehn; Felix Hofbauer
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-12-17
Filing date: 2010-12-17
Publication date: 2012-06-21
Also published as: CN103228936A; US8794841B2; CN103228936B; WO2012079911A1; US20130272639A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Toroidallager (1), umfassend eine Vielzahl von tonnenförmigen Wälzkörpern (7), die zwischen einem eine Laufbahn (3) aufweisenden Außenring (2) und einem eine Laufbahn (5) aufweisenden Innenring (4) um eine Lagerachse (8) abwälzen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Außenring (2) und/oder der Innenring (4) auf einer seiner Laufbahn (3, 5) abgewandten Mantelfläche (9) mindestens eine Schmiernut (10) aufweist, wobei die Schmiernut (10) über zumindest eine Schmierbohrung (11) mit der Laufbahn (3, 5) verbunden ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Toroidallager, umfassend eine Vielzahl von tonnenförmigen Wälzkörpern, die zwischen einem eine Laufbahn aufweisenden Außenring und einem eine Laufbahn aufweisenden Innenring um eine Lagerachse abwälzen.
Hintergrund der Erfindung
Toroidallager sind einreihige Radialrollenlager mit tonnenförmigen Wälzkörpern, die auf entsprechenden konkaven Laufbahnen abwälzen und nicht durch einen oder zwei Borde, sondern nur durch Reibungskräfte geführt werden. Ein Toroidallager ist z. B. aus der EP 0 175 858 A1 bekannt.
Toroidallager weisen ein gewisses Radialspiel der tonnenförmigen Wälzkörper zwischen dem Außenring und dem Innenring auf. Dieses Radialspiel erzeugt ein relativ großes Axialspiel, so dass ein Toroidallager ein axiales Verschieben zwischen Außenring und Innenring tolerieren kann. Ein Toroidallager kann somit grundsätzlich in bestimmten Anwendungen als Loslager eingesetzt werden. Aufgrund der konkaven Laufbahnen sowie den tonnenförmigen Wälzkörpern kann ein Toroidallager ferner geringe Schiefstellungen der zu lagernden Welle ausgleichen.
Wellenlagerungen, umfassend ein Pendelrollenlager als Festlagerstelle und ein Pendelrollenlager als Loslagerstelle (z. B. mit radial freigesetztem Außenring), können unter Umständen mit einem Toroidallager als Ersatz des Pendelrollenlagers in der Loslagerstelle ausgestattet werden. Hierbei sind gewisse konstruktive Anpassungen an die Umgebung der Loslagerstelle notwendig. Unter anderem müssen in der Regel Distanzscheiben eingesetzt werden, um das Toroidallager in den zur Verfügung stehenden Bauraum einzupassen. Sofern eine Nachschmierungsmöglichkeit der Loslagerstelle gefordert wird, sind außerdem die bei einreihigen Radialrollenlagern üblichen Maßnahmen zu treffen: eine axiale Zuführung von Schmierstoff muss ermöglicht werden. Hierfür sind zum Teil sehr aufwendige konstruktive Anpassungen der Umgebungskonstruktion notwendig. Z. B. werden in der Praxis Düsen zum Einbringen des Schmierstoffes bei Toroidallagem vorgesehen oder neue Schmierkanäle in die Umgebungskonstruktion eingebracht.
Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein gattungsgemäßes Toroidallager bereitzustellen, welches eine einfache und effektive Möglichkeit zur Nachschmierung und somit Erhöhung der Lebensdauer schafft, welches dabei insbesondere als Ersatz eines Pendelrollenlagers in bestehende Umgebungskonstruktionen aufgenommen werden kann und welches einfach und kostengünstig herzustellen ist, insbesondere keine spezifisch an das Toroidallager anzupassende Umgebungskonstruktion erfordert.
Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Toroidallager gemäß dem unabhängigen Anspruch. Demzufolge ist ein gattungsgemäßes Toroidallager dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring und/oder der Innenring auf einer seiner Laufbahn abgewandten Mantelfläche mindestens eine Schmiernut aufweist, wobei die Schmiernut über zumindest eine Schmierbohrung mit der Laufbahn verbunden ist.
Der die Schmiernut aufweisende Lagerring kann über die der Laufbahn radial gegenüberliegende Seite Schmierstoff in die Schmiernut aufnehmen und den Schmierstoff über die Schmierbohrung direkt in den Wälzkörperraum zuführen. Gegenüber den herkömmlichen axialen Schmierstoffzuführungen bei Toroidallagern, kann der Schmierstoff direkt am Kontakt zwischen Wälzkörper und Laufbahn zugeführt werden. Die Schmierverhältnisse sind daher deutlich besser.
Zweireihige Radialpendelrollenlager werden üblicherweise über eine axial mittig angeordnete Schmiernut im Außenring mit Schmierstoff versorgt. Das erfindungsgemäße Toroidallager eignet sich somit, in bestehenden Umgebungskonstruktionen solcher Pendelrollenlager eingesetzt zu werden und die bereits vorhandenen Maßnahmen zur Schmierstoffzuführung zu nutzen. Es ist somit möglich, die bereits vorhandene Schmierstoffzuführung innerhalb der Umgebungskonstruktion beizubehalten.
Bei dem die Schmiernut aufweisenden Lagerring handelt es sich um den feststehenden Lagerring. Typischweise wird dieser durch den Außenring gebildet. Die Mantelfläche, auf der die Schmiernut angeordnet ist, kann zylindrisch oder konisch ausgebildet sein.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Anzahl der Schmiernuten, deren Gestalt (z. B. axiale Erstreckung und Form des Nutquerschnittes) sowie die Positionierung der Schmiernut auf der Mantelfläche kann an die vorhandene Umgebungskonstruktion angepasst werden. Denkbar ist insbesondere, genau eine bezüglich der Lagerachse axial mittig positionierte Schmiernut vorzusehen.
Um ein Überrollen der Schmierbohrung(en) unter Last zu vermeiden, ist gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, dass die mindestens eine Schmiernut mehrere Schmierbohrungen aufweist, wobei sämtliche Schmierbohrungen in einem umfänglichen Abschnitt der Schmiernut mit einem Öffnungswinkel von 45 bis 180 Grad, vorzugsweise 90 bis 130 Grad liegen. Der Lagerring kann nun so positioniert werden, dass die Schmierbohrungen der Lastzone radial gegenüberliegen.
Grundsätzlich ist es möglich, dass die mindestens eine Schmiernut auf der Mantelfläche komplett umläuft. Um eine Schwächung des die Schmiernut aufweisenden Lagerringes im Bereich der Lastzone zu vermeiden, kann aber auch vorgesehen sein, dass sich die mindestens eine Schmiernut umfänglich nur über einen Abschnitt mit einem Öffnungswinkel von 45 bis 180 Grad, vorzugsweise 90 bis 130 Grad, der Mantelfläche erstreckt. Beim Einbau des erfindungsgemäßen Toroidallagers wird dieser Abschnitt der im Betrieb zu erwartenden Lastzone radial gegenüberliegend positioniert. Eine sich umfänglich nur über einen Abschnitt erstreckende Schmiernut kann insbesondere derart in den Lagerring eingebracht werden, dass in einer senkrecht zur Lagerachse stehenden Schnittdarstellung ein Krümmungsmittelpunkt der mindestens einen Schmiernut radial versetzt zu der Lagerachse positioniert ist. Die Schmiernut weist somit einen radialen Versatz zur Mantelfläche auf.
Sofern sich umfänglich die Schmiernut nur über einen Abschnitt der Mantelfläche bzw. die Schmierbohrungen nur über einen Abschnitt der Schmiernut erstrecken, kann der entsprechende Lagerring eine Verdrehsicherung aufweisen. So kann sichergestellt werden, dass der die Schmiernut/Schmierbohrungen aufweisende Lagerring im Betrieb in Bezug auf die zu erwartende Ausbildung der Lastzone stets korrekt positioniert ist. Möglich ist auch, diesen Lagerring mit optischen und/oder haptischen Erkennungsmerkmalen auf einer Stirnseite zu versehen, um die korrekte Ausrichtung dieses Lagerringes bei der Montage sicherzustellen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigen
1 ein Toroidallager gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 den Außenring des Toroidallagers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
3 einen Außenring eines Toroidallagers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
4 einen Außenring eines Toroidallagers gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel und
5 eine Draufsicht des Außenringes aus 4.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Gleiche oder funktionsgleiche Elemente sind durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet.
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Toroidallager 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Das Toroidallager 1 umfasst einen Außenring 2 mit einer Außenringlaufbahn 3 sowie einen Innenring 4 mit einer Innenringlaufbahn 5. Die beiden Laufbahnen 3, 5 sind sich zugewandt und bilden einen Ringspalt, nämlich den Wälzkörperraum 6, in dem die tonnenförmigen Wälzkörper 7 auf den Laufbahnen 3, 5 um eine Lagerachse 8 abwälzen.
Die Wälzkörper 7 sind in dem ersten Ausführungsbeispiel nicht in einem Käfig aufgenommen – selbstverständlich wäre auch ein Käfig zur Führung der Wälzkörper 7 denkbar.
Der Außenring 2 weist auf einer der Laufbahn 3 abgewandten d. h. radial gegenüberliegenden Mantelfläche 9 eine Schmiernut 10 auf. Bezüglich der Lagerachse 8 ist die Schmiernut 10 axial mittig auf der Mantelfläche 9 angeordnet. Die Schmiernut 10 weist ein trapezförmiges Querschnittsprofil auf und erstreckt sich umfänglich über den gesamten Außenring 2.
Die Schmiernut 10 ist über eine Schmierbohrung 11 mit der Laufbahn 3 bzw. dem Wälzkörperraum 6 verbunden. Von außen, d. h. von einer nicht dargestellten Umgebungskonstruktion, in die Schmiernut 10 eingebrachter Schmierstoff kann somit über die Schmierbohrung 11 an den Kontakt zwischen Wälzkörper 7 und Laufbahn 3 gebracht werden.
Die ausschließlich radial verlaufende Schmierbohrung 11 ist in der Schmiernut 10 axial mittig angeordnet.
Der Außenring 2 weist nur eine einzige Schmierbohrung 11 auf. So wird ermöglicht, den Außenring 2 derart in eine Umgebungskonstruktion einzusetzen, dass die einzige Schmierbohrung der zu erwartenden Lastzone radial gegenüberliegt. Eine Beeinträchtigung der Tragzahl des Toroidallagers oder nachteilige Verformungen des Außenringes im Bereich der Schmierbohrung werden somit auf ein Minimum reduziert.
In 2 ist der Außenring des Toroidallagers 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel nach 1 in einer perspektivischen Ansicht gezeigt.
In 3 ist ein Außenring 2 eines erfindungsgemäßen Toroidallagers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt. Dieser Außenring 2 kann dabei mit dem Innenring 4 sowie den Wälzkörpern 7 aus 1 zu einem erfindungsgemäßen Toroidallager kombiniert werden.
Der Außenring 2 weist wiederum eine einzige den Außenring komplett umlaufende Schmiernut 10 auf. Die Schmiernut 10 wird jedoch über drei umfänglich beabstandete Schmierbohrungen 11 mit der Laufbahn 3 bzw. dem Wälzkörperraum verbunden.
Während dadurch die Zuführung von Schmierstoff verbessert wird, stellt die umfängliche Anordnung der Schmierbohrungen in einem relativ kleinen Abschnitt sicher, dass der Außenring 2 wiederum keine Schwächung durch Schmierbohrungen in einer zu erwartenden Lastzone erfahren muss. So erstrecken sich die drei Schmiernuten umfänglich nur über einen Abschnitt mit einem Öffnungswinkel von α = 45 Grad.
In den 4 und 5 ist ein Außenring eines Toroidallagers gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel dargestellt. Die Schmiernut 10 wird wiederum über drei umfänglich verteilte Schmierbohrungen 11 mit der Laufbahn 3 verbunden. Der Öffnungswinkel des die Schmierbohrungen 11 umfassenden Abschnittes der Mantelfläche beträgt in diesem Beispiel α = 60 Grad.
Die Schmiernut 10 umschließt nicht den kompletten Außenring 2. Vielmehr erstreckt sich die Schmiernut 10 umfänglich nur über einen Abschnitt der Mantelfläche 9. Dieser Abschnitt weist einen Öffnungswinkel von β = 125 Grad auf.
Die Schmiernut 10 weist zwar umfänglich eine konstante Krümmung auf, ihr Krümmungsmittelpunkt 12 ist jedoch radial gegenüber der Lagerache 8 um den Betrag 'a' versetzt, also exzentrisch, angeordnet.
Sowohl Schmiernut 10 als auch Schmierbohrungen 11 können somit bezüglich einer schematisch dargestellten Lastzone 14 radial gegenüberliegend positioniert werden.
Der Außenring 2 weist ferner eine Verdrehsicherung 15, in Form einer Kerbe auf, um eine Verdrehung des Außenringes im Betrieb zu vermeiden. Weiterhin erleichtert diese Verdrehsicherung 15 eine korrekte Montage des Außenringes 2.
Bezugszeichenliste

1: Toroidallager
2: Außenring
3: Außenringlaufbahn
4: Innenring
5: Innenringlaufbahn
6: Wälzkörperraum
7: Wälzkörper
8: Lagerachse
9: Mantelfläche
10: Schmiernut
11: Schmierbohrung
12: Krümmungsmittelpunkt
14: Lastzone
15: Verdrehsicherung
α: Öffnungswinkel
β: Öffnungswinkel

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 Patentliteratur

EP 0175858 A1 [0002]

Claims

Toroidallager (1), umfassend eine Vielzahl von tonnenförmigen Wälzkörpern (7), die zwischen einem eine Laufbahn (3) aufweisenden Außenring (2) und einem eine Laufbahn (5) aufweisenden Innenring (4) um eine Lagerachse (8) abwälzen, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (2) und/oder der Innenring (4) auf einer seiner Laufbahn (3, 5) abgewandten Mantelfläche (9) mindestens eine Schmiernut (10) aufweist, wobei die Schmiernut (10) über zumindest eine Schmierbohrung (11) mit der Laufbahn (3, 5) verbunden ist.
Toroidallager (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch genau eine bezüglich der Lagerachse (8) axial mittig positionierte Schmiernut (10).
Toroidallager (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schmiernut (10) mehrere Schmierbohrungen (11) aufweist, wobei sämtliche Schmierbohrungen (11) in einem umfänglichen Abschnitt der Schmiernut mit einem Öffnungswinkel (α) von 45 bis 180 Grad, vorzugsweise 90 bis 130 Grad liegen.
Toroidallager (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schmiernut (10) auf der Mantelfläche (9) komplett umläuft.
Toroidallager (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die mindestens eine Schmiernut (10) umfänglich nur über einen Abschnitt mit einem Öffnungswinkel (β) von 45 bis 180 Grad, vorzugsweise 90 bis 130 Grad, der Mantelfläche (9) erstreckt.
Toroidallager (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einer senkrecht zur Lagerachse (8) stehenden Schnittdarstellung ein Krümmungsmittelpunkt (12) der mindestens einen Schmiernut (10) radial versetzt zu der Lagerachse positioniert ist.