DE102012202265A1

DE102012202265A1 - Lageranordnung

Info

Publication number: DE102012202265A1
Application number: DE102012202265A
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Schweitzer
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2012-02-15
Filing date: 2012-02-15
Publication date: 2013-08-22
Also published as: EP2628969A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung (1) zur Lagerung eines ersten Bauteils (2) relativ zu einem zweiten Bauteil (3), umfassend ein erstes Wälzlager (4) zur Aufnahme radialer Lasten und ein zweites Wälzlager (5) mit mindestens einem Außenring (6) und mindestens einem Innenring (7) zur Aufnahme axialer Lasten, wobei die beiden Wälzlager (4, 5) unmittelbar oder mittelbar aneinander angrenzend angeordnet sind. Um den Montageaufwand zu vermindern und ein verbessertes Laufverhalten zu erzielen, sieht die Erfindung vor, dass zwischen mindestens einem der Lagerringe (6, 7) des zweiten Wälzlagers (5) und dem ersten Bauteil (2) und/oder dem zweiten Bauteil (3) ein in radiale Richtung (R) wirksames Federelement (8) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung zur Lagerung eines ersten Bauteils relativ zu einem zweiten Bauteil, umfassend ein erstes Wälzlager zur Aufnahme radialer Lasten und ein zweites Wälzlager mit mindestens einem Außenring und mindestens einem Innenring zur Aufnahme axialer Lasten, wobei die beiden Wälzlager unmittelbar oder mittelbar aneinander angrenzend angeordnet sind.
In verschiedenen Lageranwendungen ist es von Vorteil, die radiale und die axiale Lagerung voneinander zu entkoppeln. Demgemäß wird beispielsweise eine Welle in einem Gehäuse an einem ihrer Enden mittels zweier Lager gelagert, nämlich mittels eines Radiallagers und eines Axiallagers; am anderen Ende ist dann zumeist wegen der statischen Bestimmtheit der Lagerung nur ein Radiallager vorgesehen.
Abhängig vom verwendeten Lagertyp für die Axiallager ergeben sich dabei mehr oder weniger gute Möglichkeiten, auch radiale Kraftanteile über das Axiallager zu leiten. In manchen Anwendungen ist es sehr schädlich, wenn das vorgesehene Axiallager auch radiale Kraftkomponenten übertragen muss.
Beispielsweise seien hier Vierpunktlager genannt, die in machen Anwendungen nur dann gut und dauerhaft arbeiten, wenn sie reine Axialkraftanteile übertragen.
Demgemäß ist es insbesondere dann, wenn beispielsweise ein Zylinderrollenlager für die Radialkraftübertragung und ein Vierpunktlager für die Axialkraftübertragung miteinander in einer Lagerstelle kombiniert werden, erforderlich, das Vierpunktlager präzise radial auszurichten („einzudrehen“), um zu vermeiden, dass es auch Radialkraftanteile überträgt.
Der Montageaufwand ist hierfür erheblich und die Montagekosten entsprechend hoch.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Lageranordnung zu schaffen, mit der es möglich ist, in einfacherer und damit kostengünstigerer Weise als bislang die Montage der Lageranordnung zu bewerkstelligen, wobei dafür Sorge getragen werden soll, dass das Axiallager im wesentlichen frei von der Beaufschlagung mit radialen Lagerkräften bleibt.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen mindestens einem der Lagerringe des zweiten Wälzlagers, d. h. des Axiallagers, und dem ersten Bauteil und/oder dem zweiten Bauteil ein in radiale Richtung wirksames Federelement angeordnet ist.
Dabei ist bevorzugt nur ein einziges Federelement pro Lageranordnung vorhanden.
Das Federelement ist bevorzugt zwischen dem Außenring und einem der Bauteile angeordnet.
Das erste Wälzlager ist bevorzugt ein Zylinderrollenlager, das zweite Wälzlager ein Vierpunktlager.
Das Federelement ist gemäß einer ersten bevorzugten Ausgestaltung ein in einem Stirn- bzw. Axialschnitt wellenförmig ausgebildetes Federblech mit einer Anzahl Erhebungen.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Federelement durch ein zu einem Ring geformten Band gebildet wird, wobei in die Oberfläche des Bandes eine Anzahl kugelschalenförmige Erhebungen eingeformt ist.
Das Federelement kann dabei bevorzugt über den Umfang zwischen 8 und 32 Erhebungen aufweisen.
Das Federelement erstreckt sich vorzugsweise über die gesamte Breite des Lagerrings.
Es kann an einer Umfangsstelle einen Schlitz aufweisen. Schließlich hat es bevorzugt eine radiale Dicke, die zwischen 0,3 mm und 5,0 mm liegt.
Die vorgeschlagene Konzeption erlaubt es, dass bei der Montage der Lageranordnung auf ein präzises radiales Einrichten („vertikales Eindrehen“) des Axiallagers verzichtet werden kann. Der Montagevorgang vereinfacht sich entsprechend. Es kann in diesem Zusammenhang auch auf mitunter aufwändige Manipulationsgeräte verzichtet werden, die für die Montage ansonsten nötig sind.
Wie sich aus der Ausgestaltung des Federelements ergibt, dient dieses quasi als ein Art Montagehülse, die beim Zentrieren des Axiallagers, insbesondere des Vierpunktlagers, hilft. Die Zentrierung erfolgt, indem die elastischen Abschnitte des Federelements einerseits so steif sind, dass sie das Axiallager bei der Montage halten und zentrieren, d. h. dessen Gewicht zu halten; andererseits ist das Federelement so elastisch und nachgiebig, dass das Axiallager bei größeren radialen Kräften (parasitären Kräften) nachgibt. So wird sichergestellt, dass zum einen das Axiallager keine radialen Kräfte überträgt und zum anderen das nebengeordnete Radiallager alle radialen Kräfte aufnimmt.
Der Einsatz eines in Umfangsrichtung wellenförmig ausgestalteten Federelements hat sich bewährt. Aber auch eine alternative Lösung ist von Vorteil: Das Federelement kann als Ring aus einem flachen Blechmaterial ausgebildet sein und in Umfangsrichtung mit mehreren Kugelschalen-Abschnitten versehen sein, d. h. mit kugelkalottenförmig ausgebildeten Abschnitten, die in das Material des Federelements eingeformt sind.
Bei der Montage des Axiallagers erfolgt die Zentrierung durch die genannten kugelschalenförmigen Erhebungen. Im Falle von radialer Überlast, d. h. beim Vorliegen parasitärer Radialkräfte im Betrieb, können die kugelschalenförmigen Abschnitte durchschlagen bzw. durchschnappen, so dass die Übertragung radialen Kräfte vom Axiallageraußenring ins Gehäuse unterbunden ist.
Vorteilhaft ist auch ein weiterbildungsgemäßer Aspekt, wonach das als Montagehilfe fungierende Federelement um die halbe radiale Lagerluft des Radiallagers exzentrisch gestaltet werden kann. Das dann mit definierter Orientierung zwischen Lageraußenring des Axiallagers und Gehäuse eingebaute Federelement erlaubt so ein präzise Ausrichtung des Axiallagers, insbesondere des Vierpunktlagers. Somit ist die Wirkung des Axiallagers als reine axiale Lagerstelle gewährleistet.
In vorteilhafter Weise fungiert die vorgeschlagene Konzeption auch unter dem Gesichtspunkt einer Überlastsicherung.
Durch die vorgeschlagene Ausgestaltung fungiert das genannte Federelement als Hilfswerkzeug bzw. als Montagehilfe für die gattungsgemäße Lageranordnung, so dass eine Trennung der Lager für die radiale Lasten (bevorzugt Zylinderrollenlager) und die axiale Lasten (bevorzugt Vierpunktlager) gegeben ist. Die parasitären radialen Kräfte auf das Axiallager werden minimiert.
Demgemäß können insbesondere Vierpunktlager als Axiallager verbessert eingesetzt werden. Ohne die genannten Maßnahmen werden immer wieder Schäden am Axiallager infolge schädlicher Radiallasten beobachtet, da ein Vierpunktlager grundsätzlich für die Radiallastübertragung wenig geeignet ist.
Der Montagevorgang wird wesentlich erleichtert, da auf das aufwändige „vertikale Eindrehen“ verzichtet werden kann. Ein weiterer Montagevorteil kann erzielt werden, weil die radiale Lagerluft des Radiallagers (Zylinderrollenlagers) mit dem vorgeschlagenen Federelement kompensiert werden kann.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 einen Radialschnitt durch eine Lageranordnung, die ein Zylinderrollenlager und ein Vierpunktlager aufweist, um radiale bzw. axiale Kräfte zwischen einer Welle und einem Gehäuse übertragen zu können,
2 einen Ausschnitt des Gehäuses, des Lageraußenrings des Vierpunktlagers sowie eines Federelements im Schnitt A–B gemäß 1,
3 in perspektivischer Darstellung einen Abschnitt des Federelements gemäß einer alternativen Ausgestaltung und
4 das Federelement nach 3 in einem Schnitt analog dem Schnitt A–B gemäß 1.
In 1 ist eine Lageranordnung 1 skizziert, mit der ein rotierendes erstes Bauteil 2 in Form einer Welle in einem zweiten ortsfesten Bauteil 3 in Form eines Gehäuses gelagert wird. Die Lageranordnung 1 hat sowohl eine radiale als auch eine axiale Lagerfunktion, d. h. es handelt sich um ein Festlager.
Die Lageranordnung 1 weist hierfür ein erstes Wälzlager 4 in Form eines Zylinderrollenlagers auf, das keine axialen Kräfte übertragen kann. Dann weist die Lageranordnung 1 des weiteren ein zweites Wälzlager 5 in Form eines Vierpunktlagers auf. Dieses hat zwei zusammenwirkende Innenringe 7 und einen Außenring 6.
Wesentlich ist, dass zwischen einem der Ringe des Axiallagers und dem Gehäuse bzw. der Welle ein Federelement 8 angeordnet ist, das eine Federwirkung in radiale Richtung R aufweist. Konkret ist vorliegend das Federelement 8 zwischen dem Außenring 6 des Vierpunktlagers 5 und dem Gehäuse 3 positioniert.
Details zu diesem Federelement 8 sind aus 2 ersichtlich. Hier ist ein Teil des Schnitts A–B gemäß 1, also ein Stirnschnitt bzw. Axialschnitt, dargestellt. Wie gesehen werden kann, besteht das Federelement 8 aus einem ringförmigen Element, das sich (s. 1) im wesentlichen über die gesamte Breite des Außenrings 6 erstreckt. Das Federelement 8 ist – wie in 2 gesehen werden kann – wellenförmig ausgebildet, d. h. es weist über den Umfang eine Anzahl wellenförmiger Erhebungen 9 auf.
Demgemäß füllt das Federelement 8 zwar den radialen Raum mit der Dicke D zwischen dem Außenring 6 und dem Gehäuse 3 aus, allerdings liegen hierbei nur die wellenförmigen Erhebungen 9 mit ihrer radial äußeren Seite an der Gehäusebohrung an, während das Federelement selber mit seinen korrespondierenden „Wellentälern“ am Außenring 6 anliegt. Das Federelement 8 ist dabei aus einem Blech mit einer Dicke d hergestellt.
In den 3 und 4 ist hierzu eine Alternativlösung dargestellt. Das Federelement 8 besteht hier gleichermaßen aus einem ringförmigen Band. Statt einer wellenförmigen Struktur sind nunmehr allerdings kugelschalenförmige Erhebungen 10 in das Material des Federelements 8 eingebracht. Durch elastisches Einfedern der Erhebungen 10 ergibt sich die gewünschte Federwirkung des Elements 8.
Demgemäß ist der Lageraußenring 6 des Vierpunktlagers 5 in radiale Richtung R elastisch im Gehäuse 3 gelagert, so dass parasitäre Radialkräfte im Vierpunktlager nicht entstehen können bzw. stark vermindert sind.
Bezugszeichenliste

1: Lageranordnung
2: erstes Bauteil (Welle)
3: zweites Bauteil (Gehäuse)
4: erstes Wälzlager (Zylinderrollenlager)
5: zweites Wälzlager (Vierpunktlager)
6: Außenring
7: Innenring
8: Federelement
9: wellenförmige Erhebung
10: kugelschalenförmige Erhebung
R: radiale Richtung
D: radiale Dicke des Aufnahmeraums
d: radiale Dicke

Claims

Lageranordnung (1) zur Lagerung eines ersten Bauteils (2) relativ zu einem zweiten Bauteil (3), umfassend ein erstes Wälzlager (4) zur Aufnahme radialer Lasten und ein zweites Wälzlager (5) mit mindestens einem Außenring (6) und mindestens einem Innenring (7) zur Aufnahme axialer Lasten, wobei die beiden Wälzlager (4, 5) unmittelbar oder mittelbar aneinander angrenzend angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen mindestens einem der Lagerringe (6, 7) des zweiten Wälzlagers (5) und dem ersten Bauteil (2) und/oder dem zweiten Bauteil (3) ein in radiale Richtung (R) wirksames Federelement (8) angeordnet ist.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein einziges Federelement (8) vorhanden ist.
Lageranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (8) zwischen dem Außenring (6) und einem der Bauteile (2, 3) angeordnet ist.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Wälzlager (4) ein Zylinderrollenlager ist und dass das zweite Wälzlager (5) ein Vierpunktlager ist.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (8) ein in einem Stirnschnitt wellenförmig ausgebildetes Federblech mit einer Anzahl Erhebungen (9) ist.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (8) durch ein zu einem Ring geformten Band gebildet wird, wobei in die Oberfläche des Bandes eine Anzahl kugelschalenförmige Erhebungen (10) eingeformt ist.
Lageranordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (8) über den Umfang zwischen 8 und 32 Erhebungen (9, 10) aufweist.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Federelement (8) über die gesamte Breite des Lagerrings (6, 7) erstreckt.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (8) an einer Umfangsstelle einen Schlitz aufweist.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (8) eine radiale Dicke (d) aufweist, die zwischen 0,3 mm und 5,0 mm liegt.