DE102011075730A1

DE102011075730A1 - Radialwälzlager

Info

Publication number: DE102011075730A1
Application number: DE102011075730A
Authority: DE
Inventors: Rainer Schröder
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-05-12
Filing date: 2011-05-12
Publication date: 2012-11-15
Also published as: EP2707613A1; WO2012152519A1; US20140169717A1; US9011017B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Radialwälzlager (10) mit Wälzkörper (24), die in mindestens einem Käfig (26, 28) aufgenommen und zwischen einem Innenring (20) sowie einem Außenring (22) angeordnet sind, wobei das Radialwälzlager (12) radial teilbar ausgebildet ist, und bei dem der radial mehrteilige Innenring (20) mit Hilfe von zwei axial endseitig an diesem ansetzenden Spannringen (36, 38) auf einer Welle (16) befestigbar ist. Gemäß der Erfindung ist hierbei vorgesehen, dass der Innenring (20) axial außen bordlos ausgebildet ist und die Spannringe (36, 38) die Funktion von Innenringborde übernehmen, wobei die Wälzkörper (24) in axialer Richtung gegen Innenanlaufflächen (50) der Spannringe (36, 38) anlaufen. Aufgrund der zumindest teilweisen Positionierung der Spannringe (36, 38) axial unterhalb der Käfige (26, 28) bzw. des Außenrings (22), übernehmen die Spannringe (36, 38) neben ihrer eigentlichen Hauptaufgabe den Innenring (20) auf der Welle (16) festzusetzen zwei weitere Funktionen. Zum einen bilden die Spannringe (36, 38) eine Käfigführung in radialer Richtung und zum anderen unterstützen sie die axiale Führung der Wälzkörper (24) mittels der geneigten Innenanlaufflächen (50). Aufgrund der speziellen Anordnung der Spannringe (36, 38) im Radialwälzlager verfügt dieses zudem über ein reduziertes axiales Einbaumaß.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Radialwälzlager mit Wälzkörper, die in mindestens einem Käfig aufgenommen und zwischen einem Innenring sowie einem Außenring angeordnet sind, wobei das Radialwälzlager radial teilbar ausgebildet ist, und bei dem der radial mehrteilige Innenring mit Hilfe von zwei axial endseitig an diesem ansetzenden Spannringen auf einer Welle befestigbar ist.
Hintergrund der Erfindung
Teilbare Radialwälzlager finden in der Technik zur reibungs- und verschleißarmen Lagerung von Maschinenteilen weit verbreitet Anwendung. Bei teilbaren Radialwälzlagern werden Spannringe um z.B. halbschalenförmige Innenringsegmente des Lagers gelegt, um diese auf einer Welle festzusetzen. Alle weiteren Bauteile des Radialwälzlagers, insbesondere der Außenring sowie der Wälzkörperkäfig, sind gleichfalls radial teilbar bzw. segmentiert ausgeführt, so dass diese auf einfache Art und Weise um eine durchgehende Welle herum montiert werden können. Ein aufwendiges Herausziehen der Welle aus antriebstechnisch vor- oder nachgeordneten Maschinenteilen entfällt dadurch vorteilhaft. Derartige geteilte Radialwälzlager kommen bei Anwendungen zum Einsatz, bei denen ein Lageraustausch ansonsten zu einem hohen Demontageaufwand durch den Abbau der angrenzenden Maschinenteile führen würde. Darüber hinaus können schadhafte Lagerstellen auf einfache Art und Weise mit teilbaren Radialwälzlagern nachgerüstet werden.
Bei bekannten radial teilbaren Radialwälzlagern sind die Spannringe seitlich links und rechts an Halteborden des Innenrings angeordnet, wodurch die Axialbaulänge dieser Lager im Vergleich zu nicht teilbaren Radialwälzlagern beträchtlich erhöht und zum Beispiel die Nachrüstung an alten Lagerstellen bzw. Lagergehäusen mit in der Regel begrenzten Einbauräumen erschwert, wenn nicht sogar unmöglich ist.
Ferner sind auch teilbare Pendelrollenlager bekannt, die neben der primären Lagerfunktion einen Ausgleich eines Winkelversatzes von bis zu einigen Grad in Relation zu benachbarten Maschinenteilen, wie zum Beispiel Motoren, Getrieben, Kupplungen oder dergleichen erlauben. Die teilbaren Pendelrollenlager ermöglichen daher neben der leichten Instandsetzung einer alten Lagerstelle im Fehler- oder Wartungsfall zusätzlich den Ausgleich von nicht vollkommen fluchtenden Maschinenteilen.
Aus der DE 1 958 363 U ist ein Pendelrollenlager mit einem geteilten Innenring bekannt, das mit ungeteilten, kegeligen Ringen auf einer Welle verspannbar ist. Ein Nachteil dieser bekannten Ausführungsform ist die aufwendige Montage des Innenrings auf der Welle, die nur durch die Zuführung von unter hohem Druck stehenden Öl in eine Bohrung in einem der kegeligen Ringe möglich ist. Darüber hinaus kann ein ungeteiltes Standardlager nur unter großem Aufwand durch diese technische Lösung ersetzt werden, da sich die ungeteilten Spannringe nicht nachträglich, das heißt nicht ohne den vorherigen Ausbau bzw. das Ziehen der Lagerwelle auf diese aufschieben lassen.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein radial geteiltes Radialwälzlager vorzuschlagen, das im Vergleich zu bekannten Ausführungsformen eine verringerte Axialbaulänge aufweist.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Austausch von Radialwälzlager oft sehr aufwendig ist, weil angrenzende Maschinenteile vorab demontiert werden müssen, um das Lager entfernen zu können. Radial teilbare Radialwälzlager können hingegen schneller montiert und demontiert werden, da die angrenzenden Maschinenteile für einen Lagerwechsel nicht entfernt werden müssen und insbesondere ein vorheriges Herausziehen der zu lagernden Welle entfällt. Aufgrund der bei teilbaren Lagern notwendigen Spannringe weisen diese im Vergleich zu nicht teilbaren Lagern jedoch in axialer Richtung eine vergrößerte Baulänge auf. Eine Verkürzung der axialen Baulänge ist möglich, wenn die endseitigen Spannringe axial weiter zur Lagermitte versetzt angeordnet sind und die Funktion von Innenringborde übernehmen.
Die Erfindung geht demnach aus von einem Radialwälzlager mit Wälzkörper, die in mindestens einem Käfig aufgenommen und zwischen einem Innenring sowie einem Außenring angeordnet sind, wobei das Radialwälzlager radial teilbar ausgebildet ist, und bei dem der radial mehrteilige Innenring mit Hilfe von zwei axial endseitig an diesem ansetzenden Spannringen auf einer Welle befestigbar ist. Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist vorgesehen, dass der Innenring axial außen bordlos ausgebildet ist und die Spannringe die Funktion von Innenringborde übernehmen, wobei die Wälzkörper in axialer Richtung gegen Innenanlaufflächen der Spannringe anlaufen.
Durch diese Konstruktion ist das Radialwälzlager vorteilhaft zumindest um die axiale Breite der beiden beim Stand der Technik ausgebildeten Innenringborde verkürzt. Außerdem sind die Herstellkosten eines erfindungsgemäß ausgebildeten Radialwälzlagers deutlich geringer als bei der bisherigen Bauweise, da sich durch die Reduzierung der axialen Baulänge von Innenring und Außenring Material für diese einsparen lässt, und zudem der Herstellschritt zur Erzeugung von Innenringborde vermieden wird. Hierdurch kann sehr kostengünstig beispielsweise ein axial besonders kurzes Radialpendelrollenlager gefertigt werden.
Dadurch, dass die Spannringe bei der erfindungsgemäßen Bauform des teilbaren Radialwälzlagers neben ihrer eigentlichen Basisfunktion in Form der Lagesicherung des Innenrings auf einer Welle zugleich die Aufgabe der axialen Wälzkörperabstützung mit übernehmen, ergibt sich gegenüber bekannten zwei- oder mehrfach radial geteilten Radialwälzlagern eine deutlich reduzierte Axialbaulänge sowie ein vergrößerter Funktionsumfang. Das Radialwälzlager ist somit universell für die Neuausstattung und die Nach- und/oder die Umrüstung von Maschinen geeignet.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein dass der mindestens eine Käfig axial außen an zumindest einer Spannringaußenfläche in radialer Richtung geführt wird. Axial innen kann der zumindest eine Käfig an einer radial ausgerichteten Fläche eines Innringbords radial geführt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform ist vorgesehen, dass die Innenanlaufflächen der Spannringe im Wesentlichen parallel zu den axial endseitigen Außenanlaufflächen der jeweils zugeordneten Wälzkörper ausgerichtet sind. Der Anstellwinkel β der Anlauffläche des jeweiligen Spannrings zur Längsachse der zugeordneten Wälzkörper beträgt daher etwa 90°.
Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Spannringaußendurchmesser kleiner oder gleich groß ist wie der Innendurchmesser des Käfigs an dessen axial äußeren Innenumfangsfläche. Durch eine Variation des Spannringaußendurchmessers kann das radiale Käfigspiel präzise eingestellt werden.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass die Längsachsen der jeweils in dem mindestens einen Käfig aufgenommenen Wälzkörper um einen Winkel α gegenüber einer Wellenlängsachse geneigt sind. Hierdurch ist neben der Teilbarkeit des Radialwälzlagers zusätzlich die Möglichkeit eines Winkelausgleichs bis zu einigen Grad zwischen einer Lagerwelle und dem Innenring bzw. dem Außenring des Radialwälzlagers gegeben, wodurch sich die Funktionalität eines Pendelrollenlagers ergibt. Dies erlaubt unter anderem den Einsatz des Lagers bei nicht vollständig zueinander fluchtenden Maschinenteilen. Gleichzeitig können höhere axiale Lasten aufgenommen werden.
Gemäß einer anderen Fortbildung des Radialwälzlagers weisen die Spannringe eine im Wesentlichen rechteckförmige Querschnittsgeometrie auf, und die Breite der Spannringe ist jeweils so bemessen, dass mindestens ein Verbindungselement, beispielsweise ein Schraubbolzen, in die Spannringe einbringbar ist. Hierdurch können beispielsweise zwei halbkreisförmige Spannringsegmente, die gemeinsam einen Spannring bilden, mit den Verbindungselementen auf dem Innenring festgespannt und zusammengehalten werden, um den Innenring auf der Welle festzusetzen. Die näherungsweise rechteckförmige Querschnittsgeometrie vereinfacht hierbei den Herstellungsprozess der Spannringe aus einem metallischen Bandmaterial mit Rechteckgeometrie.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Spannringe jeweils in einer umlaufenden Nut des Innenrings aufgenommen sind. Hierdurch ergibt sich nach dem Zusammenbau des Radialwälzlagers ein fester Sitz der Spannringe auf der Welle in der umlaufenden Nut in axialer Richtung, wodurch diese verschiebe- und verdrehsicher auf der Welle festgesetzt sind.
Gemäß einer anderen Weiterentwicklung des Radialwälzlagers ist vorgesehen, dass die Spannringe axial außen an ihrer Innenumfangsfläche jeweils einen Absatz aufweisen, in den jeweils ein umlaufender, radial nach außen gerichteter Vorsprung des Innenrings zumindest bereichsweise eingreift. Die in die bevorzugt ungefähr rechteckförmigen Absätze eingreifenden Vorsprünge des Innenrings ermöglichen eine Spannringbreite, die in axialer Richtung größer ist als die Breite der Ringnut im Innenring.
Eine weitere Ausgestaltung des Radialwälzlagers sieht vor, dass der Innenring und/oder der Außenring mindestens eine Bohrung zur Zuführung eines Schmiermittels aufweisen. Die Bohrung ist bevorzugt außerhalb von Verbindungszonen des segmentierten Innen- und Außenrings ausgebildet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnung an einer Ausführungsform weiter erläutert. Darin zeigt die einzige Figur eine schematische Querschnittsdarstellung eines zweireihigen Pendelrollenlagers.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Die Figur zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung durch ein erfindungsgemäß ausgeführtes Radialwälzlager. Das Radialwälzlager 10 ist beispielhaft als ein Pendelrollenlager 12 ausgeführt, welches im Wesentlichen symmetrisch zu einer Wellenlängsachse 14 einer Welle 16 und einer hierzu senkrecht verlaufenden Radialachse 18 aufgebaut ist. Aufgrund der Symmetrie des Pendelrollenlagers 12 sind jeweils spiegelbildlich zueinander ausgebildete Komponenten der besseren zeichnerischen Übersicht halber nicht durchgehend mit jeweils zwei unterschiedlichen Bezugsziffern versehen.
Zwischen einem radial teilbar ausgebildeten Innenring 20 und einem radial teilbar ausgebildeten Außenring 22 sind mehrere näherungsweise tonnenförmige Wälzkörper 24 angeordnet. Der Innenring 20 und der Außenring 22 sind hier jeweils aus mindestens zwei, nicht näher dargestellten halbschalenförmigen Segmenten gebildet, die mittels Spannringe 36, 38 und durch diese geführte Verbindungsbolzen 48 zusammengehalten werden. Hierauf wird weiter unten noch im Detail eingegangen.
Die Wälzkörper 24 sind in zwei Reihen angeordnet und jeweils in einem Käfig 26, 28 aufgenommen. Die Wälzkörper 24 rollen auf zwei konkaven Laufbahnen 30, 32 des Innenrings 20 und einer konvexen Laufbahn 34 des Außenrings 22 ab. Der Krümmungsverlauf der Wälzkörper 24 entspricht hierbei den Krümmungen der genannten leicht konkaven Laufbahnen 30 bis 34.
Der Innenring 20 des Pendelrollenlagers 12 ist mit Hilfe von zwei Spannringen 36, 38 auf der Welle 16 befestigt. Die beiden Spannringe 36, 38 weisen näherungsweise jeweils die geometrische Gestalt eines Hohlzylinders geringer Länge auf. Die Wälzkörper 24 weisen jeweils eine Axialbohrung auf, durch die jeweils ein Käfigbolzen 40, 42 geführt ist, so dass die Wälzkörper 24 auf diesen Käfigbolzen 40, 42 drehbar gelagert sind.
Die Käfigbolzen 40, 42 sind jeweils unter einem Winkel α in Bezug zur Wellenlängsachse 14 geneigt ausgerichtet. Aufgrund der ungefähr tonnen- bzw. fassförmigen Wälzkörper 24 in Verbindung mit den konkaven bzw. konvexen Laufbahnen 30, 32 34 können der Außenring 22 und der Innenring 20 im Betrieb des Pendelrollenlagers 12 um bis zu 5° aus der gezeigten Position heraus gegeneinander verschwenkt werden. Zwischen den jeweiligen axial äußeren Außenanlaufflächen 46 der Wälzkörper 24 und der Längsachse der Käfigbolzen 40, 42 besteht ein Winkel β von ungefähr 90°.
Die Spannringe weisen axial innen jeweils eine Innenanlauffläche 50 für die axial äußeren Außenanlaufflächen 46 der jeweiligen Wälzkörper 24 auf, wobei die Innenanlaufflächen 50 so geneigt ausgebildet sind, dass die Außenanlaufflächen 46 der jeweiligen Wälzkörper 24 und die jeweils zugeordnete Innenanlauffläche 50 am Spannring 36, 38 planparallel zueinander ausgerichtet sind. Durch die parallel zu den schräg gestellten Innenanlaufflächen 50 der Spannringe 36, 38 verlaufenden Außenanlaufflächen 46 der Wälzkörper 24 werden diese in axialer Richtung geführt. Die Neigung der jeweiligen Innenanlaufflächen 50 der Spannringe 36, 38 in Bezug zur Hochsachse 18 entspricht etwa 5°. Winkelwerte in einem Bereich zwischen 5° und 30° sind gleichfalls möglich. Die leicht geneigten Innenanlaufflächen 50 sind axial gegenüberliegend an beiden Spannringen 36, 38 und hierbei spiegelsymmetrisch zur Hochsachse 18 ausgebildet.
Die radiale Führung der Käfig 26, 28 erfolgt axial außen ebenfalls mit Hilfe der beiden Spannringe 36, 38. Zu diesem Zweck weist jeder Spannring 36, 38 eine radial nach außen weisende Spannringaußenfläche 52 auf. Auf den Spannringaußenflächen 52 sind die Käfige 26, 28 jeweils mit ihrer axial äußeren Innenumfangsfläche 54 leicht bewegbar aufgenommen. Um ein definiertes Käfigführungsspiel zu erreichen, ist der Spannringaußendurchmesser 56 jeweils kleiner oder gleich groß wie der Durchmesser 58 des Käfig 26, 28 an seiner axial äußeren Innenumfangsfläche 54. Axial innen weist der Innenring 20 einen mittigen Innenringbord 72, 74 auf, an dem sich die Wälzkörper 24 axial innen sowie die Käfig 28, 28 radial innen abstützen können.
Die Spannringe 36, 38 sind in jeweils einer umlaufenden Nut 60 des Innenrings 20 aufgenommen. Die axiale Breite 62 der Spannringe 36, 38 ist jeweils größer als eine Breite 64 der Nut 60. Die Spannringe 36, 38 verfügen axial endseitig jeweils über umlaufende Absatz 66, in den jeweils ein umlaufender, radial nach außen weisender Vorsprung 68 des Innenrings 20 zumindest abschnittweise eingreift. Die Absätze 66 in den Spannringen 36, 38 ermöglichen es, die Breite 62 der Spannringe 36, 38 weitgehend unabhängig von der Breite 64 der umlaufenden Nut 60 zu gestalten. In den Außenring 22 ist ferner eine radiale Bohrung 70 eingebracht, über die beispielsweise ein Schmiermittel in das Lager eingeführt werden kann.
Dadurch, dass die beiden Spannringe 36, 38 zumindest teilweise unterhalb der beiden Käfige 26, 28 positioniert sind, können die Spannringe 36, 38 neben ihrer eigentlichen Hauptfunktion, nämlich den Innenring 20 auf der Welle 16 festzusetzen, zusätzlich die Käfig 26, 28 in radialer Richtung führen und darüber hinaus noch Anlaufflächen für die Wälzkörper 24 in axialer Richtung bereitstellen.
Darüber hinaus reduziert diese spezielle Positionierung der Spannringe 36, 38 die Axialbaulänge des Radialwälzlagers 10 bzw. des Pendelrollenlagers 12, wodurch dieses insbesondere als universeller Ersatz für ältere, noch nicht teilbare Radialwälzlager im Zuge von Instandsetzungs-, Umrüst- und Nachrüstmaßnahmen einsetzbar ist.
Bezugszeichenliste

10: Radialwälzlager
12: Pendelrollenlager
14: Wellenlängsachse
16: Welle
18: Radialachse
20: Innenring
22: Außenring
24: Wälzkörper
26: Käfig
28: Käfig
30: Laufbahn am Innenring
32: Laufbahn am Innenring
34: Laufbahn am Außenring
36: Spannring
38: Spannring
40: Käfigbolzen
42: Käfigbolzen
46: Außenanlauffläche am Wälzkörper
48: Verbindungsbolzen, Verbindungselement
50: Innenanlauffläche am Spannring
52: Spannringaußenfläche
54: Axial äußere Innenumfangsfläche des Käfigs
56: Spannringaußendurchmesser
58: Durchmesser des Käfigs an seiner axial äußeren Innenumfangsfläche 54
60: Nut am Innenring
62: Breite des Spannrings
64: Breite der Nut am Innenring
66: Absatz am Spannring
68: Vorsprung am Innenring
70: Bohrung
72: Mittiger Innenringbord

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 1958363 U [0005]

Claims

Radialwälzlager (10) mit Wälzkörper (24), die in mindestens einem Käfig (26, 28) aufgenommen und zwischen einem Innenring (20) sowie einem Außenring (22) angeordnet sind, wobei das Radialwälzlager (12) radial teilbar ausgebildet ist, und bei dem der radial mehrteilige Innenring (20) mit Hilfe von zwei axial endseitig an diesem ansetzenden Spannringen (36, 38) auf einer Welle (16) befestigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (20) axial außen bordlos ausgebildet ist und die Spannringe (36, 38) die Funktion von Innenringborde übernehmen, wobei die Wälzkörper (24) in axialer Richtung gegen Innenanlaufflächen (50) der Spannringe (36, 38) anlaufen.
Radialwälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Käfig (26, 28) axial außen an zumindest einer Spannringaußenfläche (52) in radialer Richtung geführt wird.
Radialwälzlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenanlaufflächen (50) der Spannringe (36, 38) im Wesentlichen parallel zu axial endseitigen Außenanlaufflächen (46) der Wälzkörper (24) ausgerichtet sind.
Radialwälzlager nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannringaußendurchmesser (56) kleiner oder gleich groß ist wie der Innendurchmesser (58) des Käfigs (26, 28) an dessen axial äußeren Innenumfangsfläche (54).
Radialwälzlager nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse der Wälzkörper (24) um einen Winkel α gegenüber einer Wellenlängsachse (14) geneigt ist.
Radialwälzlager nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannringe (36, 38) eine im Wesentlichen rechteckförmige Querschnittsgeometrie aufweisen, und dass die axiale Breite (62) der Spannringe (36, 38) so bemessen ist, dass mindestens ein Verbindungselement (48) in die Spannringe (36, 38) einbringbar ist.
Radialwälzlager nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannringe (36, 38) jeweils in einer zugeordneten umlaufenden Nut (60) des Innenrings (20) aufgenommen sind.
Radialwälzlager nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannringe (36, 38) axial außen an ihrer Innenumfangsfläche jeweils einen Absatz (66) aufweisen, in den jeweils ein umlaufender, radial nach außen gerichteter Vorsprung (68) des Innenrings (20) zumindest bereichsweise eingreift.
Radialwälzlager nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (20) und/oder der Außenring (22) mindestens eine Bohrung (70) zur Zuführung eines Schmiermittels aufweisen.
Radialwälzlager nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses als Pendelrollenlager ausgebildet ist.