DE102012207070A1

DE102012207070A1 - Anordnung zur spielfreien Lagerung einer Welle

Info

Publication number: DE102012207070A1
Application number: DE102012207070A
Authority: DE
Inventors: Tom-Michel During; Norbert Metten
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-07-28
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2013-01-31

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur spielfreien Lagerung einer Welle (30) innerhalb eines Gehäuses (32), wobei die Welle (30) im Gehäuse (32) zwischen mindestens zwei in axialer Richtung beabstandeten Anschlägen (35) vorgespannt ist und mindestens einen Gehäusesitz (36) für ein Rollenlager aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur spielfreien Lagerung einer Welle innerhalb eines Gehäuses, wobei die Welle im Gehäuse zwischen mindestens zwei in axialer Richtung beabstandeten Anschläge vorgespannt ist und mindestens einen Radialanschlag für ein Rollenlager aufweist,.
Hintergrund der Erfindung
Es ist bekannt, dass sich in Lagerstellen zur Lagerung von Wellenkonstruktionen in Gehäusen aus Leichtmetall bei steigenden Temperaturen aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Werkstoffe die Lagerspiele vergrößern oder sich der Sitz des Lagerringes im Gehäuse lockert. Der erste Fall ist insbesondere bei vorgespannten Lageranordnungen nachteilig, weil die betriebsnotwendige Vorspannung in den Lagern durch die gegenüber der Welle vergleichsweise größere Wärmedehnung des Gehäuses verringert bzw. im ungünstigsten Fall ganz aufgehoben wird. Außerdem kann sich der Lagersitz lockern und
der Lagerring möglicherweise mit allen damit verbundenen Nachteilen relativ zum Gehäuse in Umfangsrichtung wandern. In derartigen Anordnungen werden deshalb häufig Mittel zur sogenannten Thermokompensation eingesetzt.
Das europäische Patent EP 0 541 023 B1 offenbart ein Getriebe für ein Fahrzeug mit einem Gehäuse aus einer Aluminiumlegierung, in dem die Spielfreiheit der Lagerung von Getriebebauteilen aus Stahl bei Wärmedehnung des Gehäuses durch axial wirkende Federelemente von Beginn an gehalten und größeres Spiel bei Wärmedehnung kompensiert wird. Die Federelemente wirken auf ein an dem Getriebebauteil anliegendes Axiallager.
Die deutsche Patentanmeldung DE 10 2007 001 918 A1 offenbart eine Wälzlagereinrichtung, in welcher der Sitz des Außenringes bei Wärmedehnung über miteinander korrespondierende Keilanordnungen, von denen eine axial elastisch belastet ist, konstant gehalten wird.
Die schweizerische Patentschrift CH 278692 offenbart ein elastisch-nachgiebiges Rollenlager. Hierbei sind sämtliche im Rollenlager angeordnete Rollen als Tunnelrollen ausgebildet. Die Tunnelrollen sind mit einem Längsschlitz versehen, welcher sich schraubenlinienförmig von einem Ende des der Rolle zum anderen Ende der Rolle hinzieht. Wird ein Lager der beschriebenen Art von der Achse oder einem Lagerring her belastet, so wird die Belastung von den Tunnelrollen in der Lastzone elastisch-nachgiebig auf die Gegendruck haltende Seite des Lagers übertragen. Da die Tunnelrollen mit leichter Vorspannung zwischen den Wälzlaufbahnen sitzen und eingefedert sind, entspricht der Durchmesserverkleinerung der belasteten Tunnelrollen auf der einen Seite eine Vergrößerung des Durchmessers der entlasteten Tunnelrolle auf der gegenüberliegenden Seite des Lagers. Die Welle wird somit in jedem Fall allseitig radial spielfrei gelagert.
Die europäische Patentanmeldung EP 1 921 334 A2 zeigt ein Nadellager. Mindestens eine Nadel des Nadellagers ist elastisch-nachgiebig ausgebildet. Die elastisch-verformbare Nadel weist einen etwas größeren äußeren Durchmesser als die anderen nicht elastisch-verformbaren Nadeln. Die elastische Nachgiebigkeit der Nadeln wird dadurch erreicht, dass die Nadeln eine Hohlbohrung aufweisen und entlang der Länge der Nadeln ein Längsschlitz eingebracht ist, der geradlinig entlang der Wand der Nadel verläuft. Die so ausgebildete elastisch-nachgiebige Nadel hat den Nachteil, dass der geradlinig verlaufende Schlitz pro Umdrehung der Rolle über seine der gesamten Nadellänge entsprechende Länge einmal im Wälzkontakt mit der inneren Wälzlaufbahn und der äußeren Wälzlaufbahn steht. Das kann sich insbesondere bei hoch belasteten und/oder mit hohen Drehzahlen laufenden Nadellagern nachteilig auf die Lebensdauer der Lager auswirken.
Beschreibung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Lagerung einer Welle zu schaffen, die unabhängig von der herrschenden Temperatur spielfrei lagert.
Die Aufgabe wird durch eine Anordnung nach den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße spielfreie Lagerung einer Welle wird dadurch erreicht, dass zwischen dem Gehäuse und den mindestens zwei, vorzugsweise senkrecht zu der Rotationsachse der Welle orientierten, Anschlägen und der mindestens einen parallel zur Achse der Welle orientierten Radialstütze in Form einer innenzylindrischen Bohrung (Lagersitz oder Wälzlaufbahn) jeweils ein Nadellager mit mindestens einer aber vorzugsweise drei geschlitzte(n) Tunnelrolle(n) eingesetzt ist.
Als geschlitzte Tunnelrollen sind im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildete Körper zu verstehen, die außen auch ballig ausgebildet sein können und die über ihre gesamte mit der Rotationsachse verlaufende Länge einmal am Umfang durch einen Längsschlitz unterbrochen sind. Die Umfangsbreite bzw. die tangentiale Abmessung des Schlitzes ist mindestens so groß, wie das Bogenmaß, um welches sich der Umfang bei geforderter maximaler Einfederung der Rolle reduziert.
Die Welle ist aus Stahl und das Gehäuse aus einem Leichtmetall, bzw. aus einer Leichtmetallegierung, z.B. mit Aluminium. Die Lagerstellen werden bei der Montage elastisch soweit vorgespannt, dass die Tunnelrollen elastisch zwischen den Laufbahnen eingespannt sind. Der Durchmesser der geschlitzten Rollen ist geringfügig größer als der der benachbarten Rollen und überbrückt somit das radiale Lagerspiel. Bei Umgebungstemperatur sind die Lagerstellen durch die Tunnelrollen spielfrei gehalten, weil diese elastisch zwischen den Wälzlaufbahnen eingespannt sind.
Das Maß, um das die Tunnelrollen größer sind als die benachbarten Rollen, ist ein Korrekturmaß, welches ein Maß für die maximal mögliche Änderung eines Spiels durch den Einfluss unterschiedlicher Wärmedehnungen, und entspricht im Radiallager mit einer Tunnelrolle mindestens dem gesamten Korrekturmaß und bei mindestens drei am Umfang gleichmäßig verteilten Rollen mindestens dem halben Korrekturmaß, um das sich das Spiel in den Lagerstellen oder im Lagersitz aufgrund von Wärmedehnung ändern kann, zuzüglich eines auszugleichenden Grundspieles im Lager. Wird nur ein Axiallager oder ein Schräglager zur Thermokompensation eingesetzt, entspricht dass Korrekturmaß dem gesamten auszugleichenden Grundspiel zuzüglich einer betriebsbedingten Vorspannung sowie des Betrages zur Thermokompensation.
Unter diesem Begriff „Thermokompensation“ ist das Kompensieren von Spielen, welche bei unterschiedlicher Ausdehnung von Bauteilen durch Wärme aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten ihrer Materialien entstehen, zu verstehen. Werden mehr als ein Axial- oder Schräglager axial in Reihe wirkend hintereinander oder mit axialem Abstand zueinander angeordnet und/oder axial gegeneinander verspannt, teilt sich der Betrag entsprechend durch die Anzahl dieser Lager.
Rollenlager sind Wälzlager mit Rollen oder Nadeln. Nadeln sind Wälzkörper, deren Verhältnis ihrer axialen Länge zu ihrem Durchmesser gleich oder größer 3 ist. Rollen weisen dementsprechend ein Längen-Durchmesserverhältnis auf, das kleiner als 3 ist. Rollen sind außen zylindrisch oder ballig, beispielsweise auch tonnenförmig gewölbt.
Die Rollenlager können eine, zwei oder mehr zueinander benachbarte Reihen Rollen aufweisen, von denen mindestens eine in zumindest einer Reihe eine Tunnelrolle ist. In Radiallagern sind die Rollen einer Reihe in Umfangsrichtung um die Rotationsachse des Rollenlagers zueinander angeordnet, wobei die Rollenachsen parallel oder aus der parallelen Lage heraus leicht verschränkt zur Rotationsachse des Rollenlagers angeordnet sind. Die Wälzlaufbahnen von Radialrollenlagern sind dementsprechend zylindrisch oder von der zylindrischen Form leicht abweichend ballig ausgebildet.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Gehäuse zwei in axialer Richtung beabstandete Anschläge für Axiallager auf. In Axiallagern sind die Rollenachsen senkrecht zur Rotationsachse ausgerichtet und schneiden diese oder verlaufen in von der Rotationsachse senkrecht durchstoßenen Ebenen an der Rotationsachse vorbei. Die Wälzlaufbahnen von Axiallagern sind dem entsprechende Kreisringflächen.
In Schräglagern sind die Rollenachsen mit spitzen Winkeln zur Rotationsachse ausgerichtet und schneiden diese. Die Wälzlaufbahnen von Radialrollenlagern sind dementsprechend zylindrisch oder von der zylindrischen Form leicht abweichend ballig ausgebildet. Die Wälzlaufbahnen von Schräglagern sind dementsprechend kegelmantelförmig.
Jede Tunnelrolle ist mit einem unter einem Winkel zu einer Achse, z.B. zur Rotationsachse, der Tunnelrolle in einer Wand der Tunnelrolle verlaufenden Längsschlitz versehen. Der Längsschlitz verläuft dabei von einem ersten Ende der Tunnelrolle zu einem zweiten Ende der Tunnelrolle nicht auf einer Gerade sondern lenkt im Umfangsrichtung mit konstanter Steigung oder wahlweise progressiv oder degressiv verlaufend aus.. Der Verlauf des Längsschlitzes vom ersten Ende zum zweiten Ende der Tunnelrolle entlang der Wand der Tunnelrolle ist dabei derart ausgestaltet, dass er einen Mittelpunktswinkel bezüglich des Querschnitts der Tunnelrolle von weniger als 180° an der äußeren Wand der Tunnelrolle überstreicht. Der gesamte Umfang der Mantelfläche ist in beliebigen Querschnitten (quer zur Rotationsachse der Tunnelrolle) durch einen Vollwinkel von 360° beschrieben. Die Erfindung sieht also vor, dass der Schlitz sich über weniger als die Hälfte der Mantelfläche erstreckt, also vom ersten Ende zum zweiten Ende der Tunnelrolle entlang der Wand der Tunnelrolle einen Mittelpunktswinkel (μ) bezüglich des Querschnitts der Tunnelrolle von weniger als 180° überstreicht. Unter Mittelpunktswinkel ist demnach ein Teilwinkel vom Vollwinkel des Kreises zu verstehen. Vorzugsweise erstreckt sich der Schlitz also innerhalb einer Hälfte des Umfangs der Mantelfläche, so dass der Teilwinkel vom Vollwinkel 360° abweichend nur < / = 180° ist.
Die europäische Patentanmeldung EP 1 921 334 A2 zeigt ein Nadellager. Mindestens eine Nadel des Nadellagers ist dabei elastisch-nachgiebig ausgebildet. Die elastisch-verformbare Nadel weist einen etwas größeren äußeren Durchmesser als die anderen nicht elastisch-verformbaren Nadeln auf. Die elastische Nachgiebigkeit der Nadeln wird dadurch erreicht, dass die Nadeln ein zylindrisches Loch, welches entlang der Länge der Nadeln parallel zu den Mantellinien und zur Rotationsachse ausgerichtet ist, und einen Längsschlitz in der das Loch umgebenden Wand aufweisen. Die so ausgebildete elastisch-nachgiebige Nadel hat den einen Nachteil, dass der Schlitz sich parallel zur Rotationsachse von einem Ende zum anderen erstreckt und damit bei der Rollbewegung des Lagers über seine gesamte Länge mit seinen Schlitzkanten im Wälzkontakt mit der Wälzlaufbahn steht. Derartige Wälzlager sind nur gering belastbar und dürfen nur mit geringen Drehzahlen rotieren oder nur Schwenken, weil die Kantenberührung im Wälzkontakt sehr hohe Spannungsspitzen erzeugt, wodurch die Rollen und Wälzlaufbahn beschädigt werden können. Darüber hinaus erzeugt der pro Umdrehung einmal auf jede der Wälzlaufbahn treffende Schlitz störende Geräusche.
Unregelmäßigkeiten an der vorzugsweise sehr glatten Oberfläche von Wälzkörpern verursachen im Wälzkontakt Spannungsspitzen und fördern Verschleiß an Rollen und Wälzlaufbahnen. Das trifft auch auf Schlitze bzw. auf deren Kanten zu. Der spiralförmig ausgebildete Schlitz der Rollen nach DE 197 34 980 A1 steht permanent an mehreren Stellen und mit beiden Laufbahnen im Wälzkontakt, so dass die zuvor genannten Nachteile besonders zum Tragen kommen.
Die erfindungsgemäße Anordnung weist durch die Begrenzung des Winkels auf max. 360°, vorzugsweise 180°, mit dem der Schlitz die Rolle überstreicht, den Vorteil auf, dass die Anzahl der Kontaktstellen gegenüber diesem bekannten Stand der Technik stark reduziert ist und damit die Risiken erhöhten Verschleißes geringer sind.
Der Längsschlitz verläuft vorzugsweise mit einem Winkel zwischen 1° bis 45° in Bezug auf die Achse der Tunnelrolle kann aber auch beliebig seine Richtung ändern und z.B. wellen- oder zackenförmig verlaufen. Die Tunnelrollen federn unter Last elastisch in einer Kontaktzone ein und wälzen an dieser ab, welche mit einer Kontaktlinie, also mit Linienberührung, an den Wälzlaufbahnen beschrieben werden kann, wobei die Kontaktlinie im Idealfall parallel zur Rotationsachse der Tunnelrolle ausgerichtet ist. Der Vorteil der schrägen Ausrichtung des Schlitzes liegt darin, dass bei Rotation des Lagers und Abwälzen der Tunnelrolle nicht der gesamte Schlitz auf einmal im Linienkontakt mit der/den jeweiligen Wälzlaufbahnen steht, sondern nur der Teil des Schlitzes am Schnittpunkt mit der Kontaktlinie. Dadurch wird Verschleiß vermieden und es werden Geräusche reduziert.
Das Verhältnis von Außendurchmesser zu Wanddicke bestimmt die Elastizität, mit der die Tunnelrolle ausgebildet ist. Einerseits muss die Tunnelrolle elastisch nachgiebig genug sein, um sich unter Vorspannung ins Lager montieren zu lassen und um unter hohen Lasten auch auf den Durchmesser der anderen Rollen einzufedern. Andererseits muss die Tunnelrolle auch steif genug ausgebildet sein, um die Spielfreiheit des Radiallagers zu gewährleisten. Die Tunnelrolle hat deshalb einen Außendurchmesser und eine Wanddicke, deren Quotient aus der Wanddicke und dem Außendurchmesser einen Wert zwischen 0,04 bis 0,2 ergibt.
Der Typ der Rolle wird durch ein Verhältnis der Länge der Tunnelrolle zum Außendurchmesser bestimmt. Darüber hinaus hat dieses Verhältnis auch Einfluss auf die Steifigkeit bzw. Elastizität, wenn die Wandstärke mit berücksichtigt wird. Je länger die Rolle ist, um so steifer ist diese. Je kürzer, umso elastischer ist deren Reaktion. So ist es denkbar, die Steifigkeit der Tunnelrollen und damit den Grad der Spieleinstellung des Rollenlagers dadurch zu beeinflussen, dass die Tunnelrolle(n) im Lager länger oder kürzer als die üblichen Rollen sind. Vorzugsweise entspricht der Quotient aus der Länge der Tunnelrolle und deren Außendurchmesser einem Wert von 0,8 bis 4,0.
Der Schlitz muss in Umfangsrichtung gerichtet so breit sein, dass die Tunnelrollen ungehindert radial und umfangsseitig auf das radiale Maß der übrigen Rollen einfedern können Der in der äußeren Wand der Tunnelrolle angebrachte Längsschlitz weist deshalb vorzugsweise eine Breite mit einem Wert von 0,1 mm bis 0,7 mm auf.
Das Material aus dem die Tunnelrolle gefertigt ist, kann 16mnCr5 oder Ct45- oder 100Cr6 oder 100CrMn6 sein.
Das Rollenlager/Nadellager weist einen Käfig auf, der eine Vielzahl von Nadeln und mindestens eine, vorzugsweise drei Tunnelrollen haltert. Die Tunnelrollen sind dabei gleichmäßig am Umfang verteilt im Käfig angeordnet. Die Tunnelrollen weisen einen größeren Außendurchmesser auf als die übrigen Nadeln. Somit sind im unbelasteten Zustand die Tunnelrollen in Kontakt mit der Lauffläche des Nadellagers.
Die Lagerringe mit den Wälzlaufbahnen des Rollenlagers/Nadellagers, können sowohl spanabhebend als auch spanlos hergestellt werden.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine Ansicht auf ein Ende einer Tunnelrolle im Querschnitt, die bei der spielfreien Lagerung der Welle verwendet wird;
2 einen Längsschnitt entlang der Achse der Tunnelrolle;
3 eine Seitenansicht der Tunnelrolle, bei der der Längsschlitz entlang der Wand der Tunnelrolle verläuft:
4 einen Schnitt entlang der Achse eines Nadellagers mit einem spanabhebend hergestellten Lagerring, bei dem die Tunnelrolle eingesetzt ist;
5 einen Schnitt senkrecht zur Achse des Nadellagers nach 4, bei dem mindestens drei der Tunnelrollen in einem Käfig angeordnet sind;
6 einen Schnitt parallel durch Nadellager mit einer spanlos hergestellten Nadelhülse als Außenring, bei dem in einem Käfig die Tunnelrollen eingesetzt sind;
7 eine spielfreie Lagerung einer Welle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
8 eine spielfreie Lagerung einer Welle (fliegende Lagerung) gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet.
1 zeigt eine stirnseitige Ansicht der Tunnelrolle 10, die bei der spielfreien Lagerung der Welle 30 (siehe 7 und 8) Verwendung findet, von einem ersten Ende 10 ₁ oder einem zweiten Ende 10 ₂ her, hier sei dies ohne Beschränkung der Allgemeinheit das zweite Ende 10 ₂. Das erste Ende 10 ₁ ist somit in der Darstellung nach 1 nicht zu sehen. Die Tunnelrolle 10 besteht aus einer Wand 4 und hat eine zentrale Bohrung 5 ausgebildet. Die zentrale Bohrung 5 ist symmetrisch um die Achse 2 der Tunnelrolle 10 angeordnet. Die Wand 4 der Tunnelrolle 10 besitzt eine Wanddicke 14.
Ein Längsschlitz 6 verläuft in der Wand 4 vom ersten Ende 10 ₁ der Tunnelrolle 10 zum zweiten Ende 10 ₂ der Tunnelrolle 10. Der Endabschnitt des Längsschlitzes 6 am zweiten Ende 10 ₂ ist mit 6 ₂ bezeichnet. Der Endabschnitt des Längsschlitzes 6 am ersten Ende 10 ₁ ist mit 6 ₁ bezeichnet und, da nicht sichtbar in der Darstellung nach 1, lediglich als Punktlinie angedeutet. Die Achse 2 verläuft durch den Mittelpunkt des Querschnitts der Tunnelrolle 10. Der Längsschlitz 6 überstreicht vom ersten Ende 10 ₁ zum zweiten Ende 10 ₂ der Tunnelrolle 10 entlang der Wand 4 einen Mittelpunktswinkel μ bezüglich des Querschnitts der Tunnelrolle 10 von weniger als 180°.
2 zeigt Längsschnitt der Tunnelrolle 10 entlang Rotationsachse 2 der Tunnelrolle 10. Die Tunnelrolle 10 weist ein erstes Ende 10 ₁ und ein zweites Ende 10 ₂ auf. Die Tunnelrolle 10 besitzt einen Außendurchmesser 12. Der Außendurchmesser 12 bemisst sich von der Außenseite der Wand 4 der Tunnelrolle 10 zur gegenüberliegenden Außenseite der Wand 4 der Tunnelrolle 10.
3 zeigt eine Seitenansicht der Tunnelrolle 10, wobei der Verlauf des Längsschlitzes 6 entlang der äußeren Wand 4 der Tunnelrolle 10 erkennbar ist. Der Längsschlitz 6 verläuft dabei vom ersten Ende 10 ₁ zum zweiten Ende 10 ₂ der Tunnelrolle 10. Der Längsschlitz 6 ist unter einem Winkel α gegenüber der Achse 2 der Tunnelrolle 10 geneigt. Der Längsschlitz 6 hat eine Breite 18 ausgebildet, die zwischen 0,1 mm bis 0,7 mm betragen kann. Die Breite 18 des Längsschlitzes 6 ist bei einem Typ einer Tunnelrolle 10 vom ersten Ende 10 ₁ zum zweiten Ende 10 ₂ gleich groß oder unterschiedlich..
Die Tunnelrolle 10 ist bezüglich ihres Außendurchmessers 12 und der Wanddicke 14 bevorzugt derart abgestimmt, dass ein Quotient aus der Wanddicke 14 und dem Außendurchmesser einen Wert zwischen 0,04 bis 0,2 besitzt. Analog hierzu ist die Länge 16 der Tunnelrolle 10 in Bezug auf den Außendurchmesser 12 bevorzugt derart abgestimmt, dass ein Quotient aus der Länge 16 und dem Außendurchmesser 12 einen Wert zwischen 0,8 bis 4,0 besitzt. Der Außendurchmesser 12 der Tunnelrolle 10 liegt bevorzugt zwischen 2 mm bis 10 mm.
4 zeigt einen Längsschnitt durch ein Nadellager 20, das mindestens drei Tunnelrollen 10 in einem Käfig 22 aufweist. Neben den Tunnelrollen 10 sind in dem Käfig 22 weitere Nadeln 24 angebracht. Der Außendurchmesser 12 der Tunnelrolle 10 ist dabei etwas größer als der Außendurchmesser der Nadeln 24. Die Nadeln 24 bzw. die Tunnelrollen 10 sind derart im Käfig 22 angeordnet, dass die Tunnelrollen 10 mit einer Fläche 27 eines Lagerrings 25 zusammenwirken.
5 zeigt einen Querschnitt durch ein Nadellager 20, welches in dem Käfig 22 mehrere der Tunnelrollen 10 trägt. Die Tunnelrollen 10 sind dabei gleich verteilt am Umfang 26 des Käfig 22 angeordnet. Zwischen den Tunnelrollen 10 am äußeren Umfang 26 des Käfig 22 sind Nadeln 24 angebracht, die ebenfalls mit der Fläche 27 des Laufrings 25 zusammenwirken. Bei der in 5 gezeigten Darstellung ist der Laufring 25 ein Außenring des Nadellagers 20. Das in den 4 und 5 dargestellte Nadellager 20 ist ein spanend hergestelltes Nadellager. Wie aus der Darstellung der 5 ersichtlich ist, sind die Tunnelrollen 10 gleich verteilt am Umfang 26 des Käfig 22 angeordnet. Die Tunnelrollen 10 besitzen einen größeren Außendurchmesser 12 (siehe 2) als die Nadeln 24. Dies bedeutet, dass bei geringer Lasten in der Lagerstelle nur die Tunnelrollen 10 vollständig in rollendem Kontakt mit der Lauffläche 27 des Lagerrings 25 sind. Wirkt höhere Lasten, werden die Tunnelrollen 10 aufgrund ihrer einfedernd-nachgiebigen Eigenschaften zusammengedrückt, so dass auch die Nadeln 24, welche am Umfang des Käfig 22 angeordnet sind, mit der Lauffläche 27 des Lagerrings 25 in Kontakt treten.
6 zeigt ein Nadellager 20 in einem Längsschnitt. Die Vielzahl der Nadeln 24 und die Vielzahl der Tunnelrollen 10 sind dabei in einem Käfig 22 angeordnet, der mittels Kaltumformung hergestellt worden ist. Die Nadeln 24 und die Tunnelrollen 10 wirken somit mit einer Lauffläche 27 des Lagerings 25 zusammen. Der Lagerring 25 ist mittels eines Kaltumformprozesses hergestellt worden.
7 zeigt eine Anordnung zur spielfreien Lagerung der Welle 30 in einem Gehäuse 32. Die Welle 30 ist zum Einbau in das Gehäuse 32 mit mindestens zwei senkrecht zu einer Achse A der Welle 30 ausgerichteten und in axialer Richtung beabstandeten Anschlägen 35 versehen. Ferner ist ein Lagersitz 36 in dem Gehäuse 32 ausgebildet. Zwischen dem Gehäuse 30 und den Anschlägen 35 und dem Lagersitz 36 ist jeweils ein Nadellager 20 eingesetzt.
Das Nadellager 20 trägt mindestens drei geschlitzte Tunnelrollen, wie diese in den 1 bis 3 beschreiben sind. Zur spielfreien Lagerung der Welle 30 hat das Gehäuse 32 mindestens zwei Gehäusestrukturen 33 ausgebildet. Die Gehäusestrukturen 33 sind voneinander in axialer Richtung beabstandet. Die Anschläge 35 sind in axialer Richtung beabstandet sind und liegen sich in axialer Richtung gegenüber.
Die Vorspannelemente sind die geschlitzten Tunnelrollen 10, die in ein Nadellager 20 gleichmäßig verteilt eingesetzt sind. Wie bereits oben erwähnt, weisen die Tunnelrollen 10 einen etwas größeren Außendurchmesser als die Nadeln 24 und haben federnde Eigenschaften. Je nach zu überbrückendem Radial-/ Axialspiel kann der Außendurchmesser der Nadeln 24 angepasst werden. Die Vorspannkraft der Tunnelrolle 10 kann über die Wanddicke der Tunnelrolle 10 eingestellt bzw. reguliert werden. Die Tunnelrollen 10 werden beim Einbau in die Welle vorgespannt, sprich zusammengedrückt. Bei einer temperaturbedingten Ausdehnung des Systems verlieren die bei Umgebungstemperatur im Lager vorgespannten Tunnelrollen 10 nur ein Teil der Vorspannung durch elastisches Auffedern um den Betrag, um den Spiel sich durch Wärmedehnung sich vergrößert. Das System bzw. die Welle bleibt dennoch spielfrei, da die Tunnelrollen mit einem Maß im Ausgangszustand vorgespannt werden, dass dem Lagerspiel und der möglichen Spielzunahme bei Wärmedehnung entspricht.
8 zeigt eine weitere Ausführungsform einer spielfreien Lagerung einer Welle 30 (fliegende Lagerung). Zur spielfreien Lagerung der Welle 30 zwischen zwei Anschlägen 35 des Gehäuses 32. Die Anschläge 35 sind gegenüberliegend an der Gehäusestruktur 33 ausgebildet. Ebenso weist die Gehäusestruktur 33 einen Lagersitz 36 auf. Zwischen den in axialer Richtung beabstandeten Anschlägen 35, dem Lagersitz 36 und der Welle 30 ist jeweils ein Nadellager 20 eingesetzt, das mindestens drei der geschlitzten Tunnelrollen 10 aufweist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0541023 B1 [0003]
DE 102007001918 A1 [0004]
CH 278692 [0005]
EP 1921334 A2 [0006, 0019]
DE 19734980 A1 [0020]

Claims

Anordnung zur spielfreien Lagerung einer Welle (30) innerhalb eines Gehäuses (32), wobei die Welle (30) im Gehäuse (32) zwischen mindestens zwei in axialer Richtung beabstandeten Anschlägen (35) vorgespannt ist und mindestens eine Radialstütze für ein Rollenlager aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Gehäuse (30) und den Anschlägen (35) und in dem Radialanschlag jeweils ein Rollenlager (20) eingesetzt ist, dass mindestens eine geschlitzte Tunnelrolle (10) aufweist.
Anordnung nach den Ansprüchen 1, wobei die Tunnelrolle (10) mit einem in einer Wandung (4) der Tunnelrolle (10) verlaufenden Längsschlitz (6) versehen ist, welcher um wenigstens einen Winkel (α) zu einer Achse (2) der Tunnelrolle (10) geneigt von einem ersten Ende (10 ₁) der Tunnelrolle (10) zu einem zweiten Ende (10 ₂) der Tunnelrolle (10) verläuft und der vom ersten Ende (10 ₁) zum zweiten Ende (10 ₂) der Tunnelrolle (10) entlang der Wandung (4) einen Mittelpunktswinkel (μ) bezüglich des Querschnitts der Tunnelrolle (10) von weniger als 180° überstreicht.
Anordnung nach Anspruch 2, wobei der Winkel (α) zwischen 1° und 45° beträgt.
Anordnung nach den Ansprüchen 1, wobei das Rollenlager (20) einen Käfig (22), umfasst, der eine Vielzahl von Rollen (24) und mindestens drei Tunnelrollen (10) rollend haltert, wobei die Tunnelrollen (10) gleich verteilt am Umfang (26) des Käfigs (22) angeordnet sind und einen größeren Außendurchmesser als die Rollen (24) besitzen.
Anordnung nach Anspruch 4, wobei der Außendurchmesser (12) der Tunnelrollen (10) derart bemessen ist, dass bei Unterschreiten einer Mindestlast am Rollenlager (20) die Tunnelrollen (10) spielfrei mit einer Fläche (27) eines Lagerrings (25) zusammenwirken und dass bei Überschreiten der Mindestlast am Rollenlager (20) die Tunnelrollen (10) und die Rollen (24) mit der Fläche (27) des Lagerrings (25) zusammenwirken.