DE102012202267A1

DE102012202267A1 - Lageranordnung

Info

Publication number: DE102012202267A1
Application number: DE201210202267
Authority: DE
Inventors: Steffen Hain
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2012-02-15
Filing date: 2012-02-15
Publication date: 2013-08-22
Anticipated expiration: 2032-02-16
Also published as: DE102012202267B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung (1), umfassend mindestens ein Radiallager (2) mit einem Lagerinnenring (3), einem Lageraußenring (4) und zwischen den Lagerringen (3, 4) angeordneten Wälzkörpern (5) und mindestens ein Axiallager (6) mit einem Lagerinnenring (7), einem Lageraußenring (8) und zwischen den Lagerringen (7, 8) angeordneten Wälzkörpern (9), wobei durch die Lageranordnung (1) ein erstes Maschinenteil (10), insbesondere eine Welle, relativ zu einem zweiten Maschinenteil (11), insbesondere einem Gehäuse, radial (r) und axial (a) gelagert werden kann und wobei die beiden Lageraußenringe (4, 8) des Radiallagers (2) und des Axiallagers (6) axial aneinandergrenzend angeordnet sind. Um eine sichere Trennung der Axiallagerung von der Radiallagerung bei sauber geführtem Axiallager-Außenring sicherzustellen, sieht die Erfindung vor, dass der Lageraußenring (8) des Axiallagers (6) mit radialem Spiel (sr) im zweiten Maschinenteil (11) angeordnet ist, dass die beiden Lageraußenringe (4, 8) des Radiallagers (2) und des Axiallagers (6) mit axialem Spiel (sa) im zweiten Maschinenteil (11) angeordnet sind und dass Federelemente (12) angeordnet sind, mit denen zwischen dem zweiten Maschinenteil (11) und dem Lageraußenring (8) des Axiallagers (6) eine in axiale Richtung (a) wirkende Federkraft ausgeübt werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung, umfassend mindestens ein Radiallager mit einem Lagerinnenring, einem Lageraußenring und zwischen den Lagerringen angeordneten Wälzkörpern und mindestens ein Axiallager mit einem Lagerinnenring, einem Lageraußenring und zwischen den Lagerringen angeordneten Wälzkörpern, wobei durch die Lageranordnung ein erstes Maschinenteil, insbesondere eine Welle, relativ zu einem zweiten Maschinenteil, insbesondere einem Gehäuse, radial und axial gelagert werden kann und wobei die beiden Lageraußenringe des Radiallagers und des Axiallagers axial aneinandergrenzend angeordnet sind.
Lageranordnungen dieser Art sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt. So ist beispielsweise bei größeren Elektromotoren und bei größeren Windkraftgeneratoren häufig eine Lösung vorgesehen, bei der eine Kombination eines Axiallagers in Form eines Rillenkugellagers mit zwei Radiallagern in Form zweier Zylinderrollenlager zum Einsatz kommt. Die beiden Zylinderrollenlager übernehmen dabei ausschließlich die Radiallasten, das Rillenkugellager ist nur für die Übertragung von axialen Kräften vorgesehen.
Das Axiallager kann dadurch gehindert werden, radiale Kräfte zu übertragen, dass sein Außenring mit radialem Spiel im Gehäuse angeordnet wird. Ist der Außenring derart radial freigestellt, ist die Übertragung radialer Kräfte ausgeschlossen. Allerdings besteht ein Problem darin, dass dennoch radiale Kräfte über das Axiallager – sofern es insbesondere als Rillenkugellager ausgebildet ist – übertragen werden. Werden nämlich die Lageraußenringe des Radialund des Axiallagers axial im Gehäuse geklemmt, kommt es zu einer Übertragung von radial wirkenden Reibungskräften an den sich berührenden Stirnseiten der Lageraußenringe von Radial- und Axiallager, d. h. dass trotz der radialen Freistellung des Lageraußenrings des Axiallagers dieses radiale Lasten übertragen kann. Dies ist deshalb besonders nachteilig, weil hierdurch das benachbarte Radiallager – insbesondere wenn es als Zylinderrollenlager ausgebildet ist – radial entlastet wird und hierdurch ausfallen kann. Ferner kann das Axiallager hierdurch überlastet werden. In jedem Falle können zusätzliche Schwingungen und Geräusche entstehen, letztlich kann die Lageranordnung ausfallen.
Möglich ist es, einen axialen Spalt zwischen dem Lageraußenring des radial freigestellten Axiallagers und einer Stirnseite des Lageraußenrings vorzusehen. Problematisch ist hier die richtige Bemessung des axialen Spalts. Er darf nicht zu groß sein, weil sonst keine saubere Übertragung axialer Lasten möglich ist. Er darf aber auch nicht zu klein sein, da die beiden benachbarten Außenringe des Radial- und des Axiallagers sich in axialer Richtung stärker ausdehnen können als das sie aufnehmende Gehäuse, wenn die Außenringe wärmer werden als das Gehäuse.
Wird der axiale Spalt zu groß gewählt, werden dem Lageraußenring des Axiallagers zu große Bewegungsmöglichkeiten gegeben. Er kann dann – angeregt durch die sich bewegenden Wälzkörper – mitdrehen, was sehr nachteilig ist. Er kann sich weiterhin auch leichter schiefstellen, was infolge des dann sehr negativen Tragbilds die Gebrauchsdauer des Axiallagers erheblich herabsetzt.
Bekannt geworden ist es, den Außenring des Axiallagers (hier insbesondere ausgeführt als Vierpunktlager) über Nuten im Außenring mit dem Gehäuse zu "verstiften". Diese Maßnahme ist allerdings sehr aufwändig und damit teuer.
Weiterhin sind Anwendungen bekannt geworden, bei denen ein O-Ring eingesetzt wird, der entweder in einer Nut im Außenring des Axiallagers oder in einer Nut im Gehäuse umlaufend eingelegt ist. Dieser O-Ring soll das Mitdrehen in einfacher Weise verhindern. Nachteilig ist hier allerdings, dass wiederum gewisse radiale Traganteile nicht zu vermeiden sind. Im Übrigen altert der O-Ring, wodurch er immer steifer wird, so dass sich das Verhalten der Lageranordnung ändern kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lageranordnung der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass eine optimale Trennung der radialen Lasten von den axialen Lasten möglich ist, so dass das Radiallager ausschließlich radiale Kräfte überträgt und das Axiallager ausschließlich axiale Kräfte. Die genannten Nachteile der vorbekannten Lösungen sollen dabei vermieden werden. Demgemäß soll eine saubere Führung des Axiallager-Außenrings sichergestellt werden, wobei die Trennung axialer und radialer Lasten gewährleistet ist.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Lageraußenring des Axiallagers mit radialem Spiel im zweiten Maschinenteil angeordnet ist, dass die beiden Lageraußenringe des Radiallagers und des Axiallagers, jedenfalls zumindest der Lageraußenring des Axiallagers, mit axialem Spiel im zweiten Maschinenteil angeordnet sind bzw. ist und dass mindestens ein Federelement angeordnet ist, mit dem zwischen dem zweiten Maschinenteil und dem Lageraußenring des Axiallagers eine in axiale Richtung wirkende Federkraft ausgeübt werden kann.
Das Radiallager ist bevorzugt als Zylinderrollenlager ausgebildet, das Axiallager vorzugsweise als Rillenkugellager oder als Vierpunktlager.
Das mindestens eine Federelement ist vorteilhafter Weise als Schraubenfeder ausgebildet. Dabei ist insbesondere eine Anzahl Schraubenfedern um den Umfang des Lageraußenrings des Axiallagers herum äquidistant angeordnet. Besonders bevorzugt sind zwischen 3 und 12 Schraubenfedern um den Umfang des Lageraußenrings des Axiallagers herum angeordnet.
Im zweiten Maschinenteil oder in einem an diesem festgelegten Bauteil können Ausnehmungen für die Aufnahme jeweils eines Federelements angeordnet sein. Diese Ausnehmungen können Bohrungen sein, deren Achse in axiale Richtung verläuft.
Der Lageraußenring des Radiallagers kann mit Presspassung (bevorzugt im Passungsbereich J oder K) in einer Aufnahmebohrung des zweiten Maschinenteils angeordnet sein. Das oben erwähnte axiale Spiel wirkt sich dann demgemäß lediglich auf den Lageraußenring des Axiallagers aus.
Das axiale Spiel liegt zumeist zwischen 0,05 mm und 1,5 mm.
Durch die vorgesehenen Federelemente, insbesondere in Form von Schraubenfedern, die über den Umfang verteilt platziert sind und die eine axiale Federkraft ausüben, die den Außenring des Axiallagers auf den Außenring des Radiallagers (der zumeist über Presspassung im Gehäuse fest sitzt) drücken, wird der Außenring des Axiallagers sauber geführt, während gleichzeitig praktisch ausgeschlossen ist, dass das Axiallager radiale Lasten übertragen kann. Der Außenring des Axiallagers wird also präzise ausgerichtet und infolge der Federkraft und die somit vorhandene Reibung zwischen den Stirnseiten der Lagerringe des Axial- und des Radiallagers gewährleistet, dass der Lageraußenring des Axiallagers nicht mitdreht.
Die Andruckkraft ist über die Auswahl der Federelemente einstellbar und somit auch der genannte Effekt. Andererseits wird die Federkraft auch so ausgelegt, dass keine zu hohe Übertragung durch Reibkräfte zwischen den Lagerringen entsteht, so dass die Trennung von axialen und radialen Lasten sichergestellt ist.
Vorteilhaft ist, dass der axiale Spalt zwischen Lageraußenring des Axiallagers und dem Gehäuse nicht besonders eng toleriert werden muss, da die Federelemente über den Federweg einen größeren Spalt ausgleichen können.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die einzige Figur zeigt einen Radialschnitt durch eine Lageranordnung, mit der eine Welle in einem Gehäuse gelagert wird.
In der Figur ist eine Lageranordnung 1 dargestellt, mit der ein erstes Maschinenteil 10 in Form einer Welle relativ zu einem zweiten Maschinenteil 11 in Form eines Gehäuses sowohl radial als auch axial gelagert wird. Dargestellt ist nur der Endbereich der Welle 10, der durch die dargestellte Lageranordnung 1 als Festlagerung gelagert ist. Nicht dargestellt ist das andere Wellenende, das mit einer Loslagerung, insbesondere in Form eines Zylinderrollenlagers, gelagert ist.
Die dargestellte Lageranordnung 1 weist ein Radiallager 2 in Form eines Zylinderrollenlagers und ein Axiallager 6 in Form eines Rillenkugellagers auf. Beide Lager 2, 6 haben jeweilige Lagerinnenringe 3 bzw. 7 und Lageraußenringe 4 bzw. 8, zwischen denen Wälzkörper 5 bzw. 9 angeordnet sind.
Das Zylinderrollenlager 2 sitzt mit seinem Außenring 4 in einer Aufnahmebohrung 15 im Gehäuse, wobei die Bohrung und der Lageraußendurchmesser so toleriert sind, dass Presspassung vorliegt (normalerweise im Passungsbereich J bis K). Die Aufnahmebohrung 15 ist im axialen Bereich des Rillenkugellagers 8 allerdings bei im Wesentlichen gleich bleibenden Außendurchmesser des Lagerrings 8 des Rillenkugellagers 6 radial vergrößert, so dass der Lageraußenring 8 des Axiallagers 6 mit einem radialen Spiel s_r im Gehäuse 11 sitzt.
Das Spiel s_r ist hier allerdings übertrieben groß dargestellt. Es liegt zumeist im Bereich weniger Zehntel Millimeter, z. B. zwischen 0,05 und 1,0 mm.
Axial festgelegt werden die benachbart angeordneten Lageraußenringe 4 und 8 in der Aufnahmebohrung 16 durch ein per Schrauben festgelegtes Bauteil 13 und ein ebenfalls per Schrauben festgelegtes Deckelteil 16.
Allerdings sind die Abmessungen hierbei so gewählt, dass sich ein axiales Spiel s_a für den Lageraußenring 8 des Axiallagers 6 ergibt. Auch dieses Spiel beträgt in der Regel nur wenige Zehntel Millimeter, insbesondere 0,05 bis 1,5 mm.
Damit eine saubere Führung des Lageraußenrings 8 des Axiallagers 6 gegeben ist, dennoch aber von diesem praktisch ausschließlich axiale Kräfte übertragen werden, während die radialen Kräfte wiederum ausschließlich von dem Radiallager 2 übertragen werden, ist vorgesehen, dass bei gegebenem radialem Spiel s_r zwischen dem Lageraußenring 8 des Axiallagers 6 und bei weiter gegebenem axialem Spiel s_a zwischen der stirnseitigen Fläche des Bauteils 13 und der einen Stirnseite des Lageraußenrings 8 mindestens ein Federelement 12 vorhanden ist, mit dem zwischen dem zweiten Maschinenteil 11 bzw. dem mit diesem fest verbundenen Bauteil 13 und dem Lageraußenring 8 eine in axiale Richtung a wirkende Federkraft ausgeübt werden kann.
Hierzu sind im Bauteil 13 auf einer Kreisbahn um die Drehachse der Lageranordnung 1 eine Anzahl, z. B. 6 oder 8, Bohrungen 14 eingebracht und in jeder Bohrung eine Schraubenfeder 12 platziert.
Demgemäß wird der Lagerring 8 durch die Schraubenfedern 12 elastisch mit einer axial wirkenden Kraft gegen die Stirnseite des Lageraußenrings 4 des Radiallagers 2 gedrückt.
Die Wahl der Schraubenfedern 12 erfolgt dabei so, dass im montierten Zustand der Lageranordnung eine definierte Federvorspannkraft gegeben ist.
Diese muss groß genug sein, um eine in radiale Richtung r wirkende Reibungskraft zwischen den Lageraußenringe 4 und 8 zu erzeugen, um den Lageraußenring 8 am Mitdrehen zu hindern.
Andererseits muss sie so klein bleiben, dass das Axiallager 6 praktisch keine radialen Kräfte übertragen kann.
Die Lagerung in der Figur ist nur beispielhaft zu verstehen. Es kann natürlich auch vorgesehen werden, dass das Radiallager 2 rechts und das Axiallager 6 links angeordnet sind. Dann würden die Bohrungen 14 in das Deckelteil 16 eingebracht und die hierin eingebrachten Federelemente 12 von links auf die Stirnseite des Lageraußenrings 8 des Axiallagers 6 drücken.
Bezugszeichenliste

1: Lageranordnung
2: Radiallager
3: Lagerinnenring
4: Lageraußenring
5: Wälzkörper (Zylinderrolle)
6: Axiallager
7: Lagerinnenring
8: Lageraußenring
9: Wälzkörper (Kugel)
10: erstes Maschinenteil (Welle)
11: zweites Maschinenteil (Gehäuse)
12: Federelement (Schraubenfeder)
13: festgelegtes Bauteil
14: Ausnehmung (Bohrung)
15: Aufnahmebohrung
16: Deckelteil
r: radiale Richtung
a: axiale Richtung
s_r: radiales Spiel
s_a: axiales Spiel

Claims

Lageranordnung (1), umfassend mindestens ein Radiallager (2) mit einem Lagerinnenring (3), einem Lageraußenring (4) und zwischen den Lagerringen (3, 4) angeordneten Wälzkörpern (5) und mindestens ein Axiallager (6) mit einem Lagerinnenring (7), einem Lageraußenring (8) und zwischen den Lagerringen (7, 8) angeordneten Wälzkörpern (9), wobei durch die Lageranordnung (1) ein erstes Maschinenteil (10), insbesondere eine Welle, relativ zu einem zweiten Maschinenteil (11), insbesondere einem Gehäuse, radial (r) und axial (a) gelagert werden kann und wobei die beiden Lageraußenringe (4, 8) des Radiallagers (2) und des Axiallagers (6) axial aneinandergrenzend angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Lageraußenring (8) des Axiallagers (6) mit radialem Spiel (s_r) im zweiten Maschinenteil (11) angeordnet ist, dass die beiden Lageraußenringe (4, 8) des Radiallagers (2) und des Axiallagers (6) mit axialem Spiel (s_a) im zweiten Maschinenteil (11) angeordnet sind und dass mindestens ein Federelement (12) angeordnet ist, mit dem zwischen dem zweiten Maschinenteil (11) und dem Lageraußenring (8) des Axiallagers (6) eine in axiale Richtung (a) wirkende Federkraft ausgeübt werden kann.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Radiallager (2) als Zylinderrollenlager ausgebildet ist.
Lageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Axiallager (6) als Rillenkugellager oder als Vierpunktlager ausgebildet ist.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Federelement (12) als Schraubenfeder ausgebildet ist.
Lageranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl Schraubenfedern um den Umfang des Lageraußenrings (8) des Axiallagers (6) herum äquidistant angeordnet ist.
Lageranordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen 3 und 12 Schraubenfedern um den Umfang des Lageraußenrings (8) des Axiallagers (6) herum angeordnet sind.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Maschinenteil (11) oder in einem an diesem festgelegten Bauteil (13) Ausnehmungen (14) für die Aufnahme jeweils eines Federelements (12) angeordnet sind.
Lageranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (14) Bohrungen sind, deren Achse in axiale Richtung (a) verläuft.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Lageraußenring (3) des Radiallagers (2) mit Presspassung in einer Aufnahmebohrung (15) des zweiten Maschinenteils (11) angeordnet ist.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das axiale Spiel (s_a) zwischen 0,05 mm und 1,5 mm beträgt.